Автор: Филимонов Л.Н.
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 машиностроение металлорежущие станки
Год: 1985
Текст
chipmaker.ru
библиотечка шлифовщика
Chipmaker.rui
Плоское
Chipmaker.ru
Л. Н. Филимонов
шлифование
chipmaker.ru
библиотечка шлифовщика
Выпуск 6
Л. Н. Филимонов
Плоское
шлифование
Издание 3-е,
переработанное и дополненное
Под редакцией
канд. техн, наук проф. В. И. Муцянко
Chipmaker.ru
Ленинград «Машиностроение»
Ленинградское отделение 1985
chipmaker.ru
ББК 34.637
Ф53
УДК 621.92
Редакционная коллегия:
Ю. Н. Воробьев, А. А. Зыков,
3. И. Кремень (ответственный редактор), А. А. Каталин,
В. И. Муцянко, Д. Г. Письменный, Л. Н. Филимонов
Рецензент канд. техн, наук И. С. Большаков
Chlpmaker.ru
Филимонов Л. Н.
Ф53 Плоское шлифование/Под ред. В. И. М у ц я н -
ко. — 3-е изд., перераб. и доп. — Л.: Машино-
строение, Ленингр. отд-ние, 1985. — 109 с., ил.—
(Б-чка шлифовщика. Вып. 6.)
45 к.
В брошюре рассмотрена технология плоского шлифования. Да-
ны сведения о плоскошлифовальных станках и приспособлениях
для закрепления заготовок. Приведены рекомендации по выбору
режимов шлифования и абразивного инструмента.
В новом издании (2-е нзд. 1967 г.) освещены прогрессивные ме-
тоды плоского шлифования, указаны пути автоматизации и меха-
низации технологических процессов, описаны методы скоростного,
силового и обдирочного шлифования.
Книга предназначена для рабочих-шлифовщиков.
2704040000-106
Ф 038(01)-85
106-85
ББК 34.637
6П4.67
© Издательство «Машиностроение», 1985 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Шлифование — наиболее распространенный метод оконча-
тельной обработки ответственных поверхностей деталей машин.
Возможность быстрого получения высокой точности и качества
обработанных поверхностей деталей, изгстовленных из закален-
ных сталей, твердых сплавов н других труднообрабатываемых
материалов, делает процесс шлифования незаменимым среди дру-
гих методов обработки.
За последнее время технологические возможности шлифова-
ния значительно расширились: появились методы шлифования,
позволяютцие за один проход снимать припуск 5—10 мм и заме-
няющие операции предварительной обработки заготовок. Приме-
нение точных шлифовальных станков в комплекте со шлифоваль-
ными кругами из новых сверхтвердых материалов (алмаза, эль-
бора), обеспечивающих значительное снижение сил резания,
контактных температур и размерного износа инструмента, дало
возможность резко повысить точность и качество обработанных
деталей; операции обдирочного шлифования для зачистки и пред-
варительной обработки крупных поковок, проката и литья стали
выполнять на мощных станках бакелитовыми кругами со ско-
ростью 80—100 м/с, силой прижима круга 10—20 кН и съемом
металла 200—400 кг/ч, что значительно эффективнее операций
обдирочного фрезерования.
Процесс шлифования на современном уровне развития можно
автоматизировать. Имеются шлифовальные станки, работающие
по заранее заданному циклу обработки, станки с адаптивным и
числовым программным управлением. В настоящее время реали-
зуются возможности включения операций шлифования в гибкие
производственные системы.
Плоское шлифование является распространенным методом чи-
стовой обработки плоских н сложнопрофильных поверхностей
заготовок. На плоскошлифовальных станках обрабатывают раз-
личные призматические детали, пазы прямоугольные и сложного
профиля, торцы колец, дисков, втулок, рычагов, плоскости кор-
пусных деталей, направляющие станин и т. д. Заготовки устанав-
ливают на прямоугольном или круглом столе плоскошлифоваль-
ного станка с помощью магнитных плит, тисков или других при-
способлений; шлифование производят периферией или торцем
вращающегося с большой скоростью круга (скорость резания) в
сочетании с поступательным (иа станках с прямоугольным сто-
лом) или вращательным (на станках с круглым столом) движе-
нием заготовки и подачей на глубину.
Наиболее высокая точность н качество обработки достигаются
при шлифовании периферией круга: 2—5 мкм на 500 мм длины,
отклонение от плоскостности 3—5 мкм, высота шероховатости
шлифуемой поверхности Rz = 0,2 4- 0,08 мкм, глубина дефект-
ного слоя 5—10 мкм. Специфические особенности схем плоского
шлифования (особенно на станках с прямоугольным столом) соз-
дают некоторые трудности при автоматизации процесса. Несмо-
тря на это, современные плоскошлифовальные станки оснащены
целым рядом автоматизирующих устройств: пантографическими
приспособлениями для профилирования и правки круга, устрой-
ствами для программированного съема припуска с цифровой
8
chipmaker.ru
индикацией, механизмами для быстрых перемещений круга и За-
готовки, для компенсации износа и правки круга, активного кон-
троля текущего размера обрабатываемой заготовки. Применение
этих устройств, а также быстродействующих и легкоперенала-
живаемых приспособлений для установки заготовок дает возмож-
ность существенно увеличить производительность Шлифования,
облегчить труд рабочих, обеспечить условия для полного пере-
хода к управлению процессом шлифования без участия человека.
Цель даного выпуска — познакомить читателя с особенностя-
ми и основными схемами плоского шлифования, современными
плоскошлифовальными станками, их наладкой и основными при-
емами работы, технологическими возможностями плоского шли-
фования, способами повышения эффективности шлифовальных
операций и перспективой их широкого внедрения в различных
отраслях промышленности.
Все отзывы и пожелания просим направлять по адресу:
191065, Ленинград, ул. Дзержинского, 10, ЛО изд-ва «Машино-
строение».
Chipmaker.ru
Глава 1
МЕТОДЫ И ОСОБЕННОСТИ ПЛОСКОГО ШЛИФОВАНИЯ
1. Схемы и режимы плоского шлифования
Схемы шлифования и компоновка плоскошлифовальных стан-
ков определяются характером рабочих движений и выбором опре-
деленных поверхностей круга в качестве рабочих (шлифующих)
поверхностей. На рис. 1,а— г представлены схемы шлифования
периферией или торцем круга с прямолинейным возвратно-посту-
пательным или вращательным движением стола с заготовками.
Вращающийся шлифовальный круг (рис. 1,а) подают на глу-
бину резания t, слой материала сошлифовывают путем продоль-
ного возвратно-поступательного движения заготовки и поперечной
подачи в горизонтальном направлении на каждый (или двойной)
ход стола. После снятия одного слоя материала с заготовки круг
вновь подают на глубину и снимают следующий слой. В другом
случае шлифовальный круг (рис. 1,6) устанавливают на глубину
резания, слой материала сошлифовывают путем круговой (при
вращении стола с заготовками) и радиальной (при перемещении
круга й центру стола) подач; затем круг (или стол с заготовка-
ми) отводят в исходное положение и цикл повторяют.
Шлифование по схеме, приведенной на рис. 1,в, производят
так же, как по схеме на рис. I, а, но слой металла сошлифовы-
вают не периферией, а торцем круга. Шлифование по схеме,
представленной на рис. 1,г, отличается от шлифования по схеме
на рис. 1,6 тем, что круг шлифует своим торцем.
При выборе схемы шлифования следует иметь в виду, что
шлифование периферией круга позволяет получить более высо-
кую точность и лучшее качество обработанных поверхностей, чем
шлифование торцем круга, так как площадь контакта круга с
заготовкой при торцевом шлифовании гораздо больше, а значит
больше силы и контактная температура шлифования, что приводит
к увеличению ynpvrnx отжатий системы, вероятности появления
прижогов и других дефектов на шлифованной поверхности. С дру-
гой стороны, шлифование торцем круга позволяет получить го-
раздо большую производительность обработки, так как в работе
одновременно участвует большое количество абразивных зерен,
снимающих стружку.
Схемы шлифования с прямоугольным столом, имеющим воз-
вратно-поступательное перемещение, являются более универсаль-
ными, так как позволяют шлифовать пазы, канавки, поверхности
сложного профиля, а в схемах шлифования с круглым столом
можно шлифовать только открытые плоскости, ио из-за отсут-
ствия реверса стола и связанных с ним переходных процессов
процесс здесь идет более равномерно.
Перечисленные схемы положены в основу различных кон-
струкций плоскошлифовальных станков (рис. 2, а — е). Основное
отличие конструкций станков одного типа (т. е. работающих по
определенной схеме) заключается в том. что движение подач вы-
полняется разными узлами станка. Например, в станках, рабо-
5
chipmaker.ru
тающих по схеме, приведенной на рис. 1,а, поперечная подача
может осуществляться крестовым столом (рис. 2, а) или переда-
ваться через шпиндельную бабку (рис. 2, б, в).
В плоскошлифовальных станках с круглым вращающимся
столом (см. рис. 1, б, г) вертикальную и горизонтальную (ради-
Рис. 1. Схемы плоского шлифования: а, 6 — шлифование перифе-
рией круга соответственно с прямолинейным возвратно-поступа-
тельным движением стола н с круглым вращающимся столом;
альную) подачи могут иметь как стол, так и шпиндельная бабка
На таких станках можно шлифовать только открытые плоскости,
что существенно ограничивает степень их универсальности и соот-
ветственно область применения. В некоторых конструкциях этих
станков предусмотрены две вертикальные шпиндельные головки,
работающие одновременно: одни круг предназначен для предва-
рительного шлифования и съема большей части припуска, дру-
гой — для окончательного шлифования. Круглый стол, медленно
вращаясь, подает заготовки сначала к первому, потом — ко вто-
6
рому кругу. Рабочая поверхность кругов должна перекрывать
шлифуемую поверхность. Станки применяют в основном в круп-
носерийном и массовом производстве.
в, г — шлифование торцем круга соответственно с прямолиней-
ным возвратно-поступательным движением стола и с круглым
вращающимся столом (прерывистой стрелкой показаны дискрет-
ные подачи, осуществляемые в момент выхода круга из зоны
шлифования)
Тяжелые шлифовальные станки для обработки крупных
заготовок отличаются более жесткой конструкцией, а также
7
chipmaker.ru
8
Рис. 2. Конструкции плоскошлифовальных станков: а—работающих по
схеме (см. рис.1,а) с вертикальной подачей шпиндельной бабкн и с кресто-
вым столом, имеющим продольную и поперечную подачи; б, в-работающих
по схеме (см. рис.I, Л) соответственно с вертикальной и поперечной подача-
ми шпиндельной бабки; г — работающих по схеме (см. рис. 1, б) с верти-
кальным перемещением шпиндельной бабки н горизонтальным перемеще-
нием стола; б, е— портальных и одностоечных соответственно, работающих
по схемам, приведенным на рис. 1,а, в
наличием двух и более шпиндельных головок с кругами, расши-
ряющими технологические возможности станка. На рис. 2, д при-
ведена схема двухстоечного (портального) станка с прямоуголь-
ным столом прямолинейного возвратно-поступательного переме-
щения. Станок имеет три шпиндельные головки: одну — с гори-
зонтальной осью — для шлифования периферией круга и две —
с вертикальной осью—для шлифования торцем круга. Головки,
расположенные на траверсе, имеют поперечную и вертикальную
подачи, а также возможность разворота круга под углом
Конструкция универсального плоскошлифовального станка с
двумя шпиндельными головками на одной стойке показана на
рис. 2, е. Станок имеет прямоугольный стол с возвратно-поступа-
тельным движением и две шпиндельные головки с кругами: од-
ну — с горизонтальной осью — для шлифования периферией кру-
га, другую — с вертикальной осью (поворотной) — для шлифова-
ния торцем круга. Для последовательной подачи каждого круга
в рабочее положение стойку со шпиндельными головками повора-
чивают на 180° и жестко закрепляют. Станок удобен для точного
шлифоваиня с одной установки заготовок с плоскими или У-об-
разными направляющими или канавками в виде ласточкина хво-
ста.
Принцип работы высокопроизводительных шлифовальных
станков с сегментными кругами приведен на рис. 1,а. Сегменты
закрепляют иа планшайбе шпинделя механическим путем или с
помощью клея. Мощность привода вращения шпинделя круга до-
стигает 50 кВт и более, диаметр круга до 800 мм. Интенсивность
9
chipmaker.ru
съема металла в десятки раз больше, чем на обычных плоско-
шлнфовальных станках.
Кроме перечисленных конструкций плоскошлифовальных
станков существуют еще специальные станки, применяемые глав-
ным образом в крупносерийном и массовом производстве.
Режимы и способы шлифования. Главное движение при шли-
фовании — это вращение круга с большой скоростью, являющейся
скоростью резания. Обычно скорость резания при шлифовании со-
ставляет 25—35 м/с. Плоскошлифовальные станки для- скорост-
ного шлифования имеют скорость резания, равную 50—
60 м/с. Частота вращения круга на станке, как правило, не изме-
няется.
Основная (продольная) подача — это наибольшее по скоро-
сти относительное перемещение заготовки и шлифовального кру-
га, направленное параллельно обрабатываемой плоскости. Обычно
скорость продольной подачи колеблется в пределах 2—40 м/мин
(кроме способа глубинного шлифования). В станках с прямо-
угольным столом основной подачей является скорость возвратно-
поступательного движения стола, в станках с круглым столом —
скорость вращения стола.
Поперечная подача — это относительное перемещение заготов-
ки и круга в направлении, перпендикулярном к продольной
подаче и параллельном обрабатываемой плоскости. Целью попе-
речной подачи является шлифование всей обрабатываемой по-
верхности. Если ширина (при шлифовании периферией круга) или
диаметр круга (при шлифовании его торцем) перекрывают обраба-
тываемую поверхность, то поперечная подача отсутствует. В стан-
ках с прямоугольным столом, имеющим возвратно-поступательное
перемещение, поперечная подача может быть периодической
(дискретной), а в стайках с круглым вращающимся столом —
непрерывной (радиальной). Станки с прямоугольным столом так-
же могут иметь привод для непрерывной подачи, используемой
главным образом при правке шлифовального круга. Скорость
дискретной подачи выражается в мм/ход или мм/дв. ход стола и
зависит от ширины круга (обычно она составляет десятые доли
от ширины круга). Скорость непрерывной подачи может дости-
гать нескольких десятков миллиметров в минуту.
Подача на глубину (глубина резания)—это относительное
перемещение заготовки и круга перпендикулярно к обрабатывае-
мой поверхности. Подача осуществляется дискретно, когда круг
подается иа глубину резания вне зоны шлифования периодически
после снятия очередного слоя припуска с заготовки. Обычно по-
дача на глубину резания составляет сотые доли миллиметра, за
исключением способа глубинного шлифования, когда круг уста-
навливают на глубину, равную (или несколько меньшую) припу-
ску на шлифование. В зависимости от конфигурации и размеров
заготовки, снимаемого припуска и технических требований на об-
работанную поверхность применяют различные способы шлифова-
ния, отличающиеся сочетанием подач, схемой цикла обработки
и другими условиями.
1. Многопроходное шлифование (см. рис. 1,о) с малой по-
дачей на глубину, равной 0,005—0,05 мм, и большими продоль-
ными и поперечными подачами. Для снятия всего припуска тре-
буется большое количество проходов.
10
2. Однопроходное (глубинное) шлифование с большой пода-
чей на глубину резания и малыми значениями продольной и по-
перечной подач Обычно при глубинном способе за один проход
снимается большая часть припуска. Для повышения точности и
улучшения качества обработки после такого прохода назначают
еще один зачищающий проход с малой глубиной резания или без
подачи на глубину (выхаживание). На современных станках про-
изводят глубинное шлифование прямоугольных и сложнопрофиль-
ых пазов глубиной 5—10 мм за один проход «по целому» (т. е.
без предварительной прорезки паза фрезой или другим инстру-
ментом) .
Конструкции плоскошлифовальных станков для глубинного
шлифования отличаются мощным приводом вращения круга, ма-
лыми подачами стола, более совершенной системой подачн сма-
зочно-охлаждающей жидкости в зону шлифования (см. гл. 2).
3. Врезное шлифование, когда ширина круга (или диаметр
при шлифовании торцем круга) больше ширины заготовки, попе-
речная подача отсутствует, а подачу на глубину осуществляют
дискретно на каждый ход стола или непрерывно — при шлифова-
нии на станке с круглым вращающимся столом. Врезное шлифо-
вание можно осуществлять глубинным способом.
2. Особенности процесса плоского шлифования
Шлифование — это процесс высокоскоростного массового мик-
рорезания материала большим количеством резцов — абразивных
зерен, имеющих случайную форму и случайное расположение на
рабочей поверхности круга. Рабочая поверхность круга состоит
из десятков и сотен тысяч абразивных зерен, которые своими вы-
ступающими частями — вершинами — срезают мельчайшие струж-
ки. Размеры зерен, как правило, небольшие (0,1—1,0 мм).
Каждая вершина зерна является микрорезцом произвольной
формы и с разными углами резания. Из теории резания металлов
известно, что благоприятные условия снятия стружки возможны
лишь при определенных рациональных углах резания. При шли-
фовании эти условия не выполняются: как правило, вершины аб-
разивных зерен имеют отрицательные передние углы резания (от
—50 до —80°) и сравнительно большие площадки износа на
задней поверхности (т. е. форма режущих кромок для резания
самая неблагоприятная). Если рассматривать вершину зерна прн
большом увеличении (в 500—2000 раз), то можно увидеть, что
ее поверхность неровная, на ней имеются микровыступы, которые,
как установлено, тоже снимают стружку мельчайших размеров
(до десятых долей микрометра).
Вершины абразивных зерен расположены на рабочей поверх-
ности круга на разной высоте, следовательно, глубина внедрения
вершин в обрабатываемую поверхость также будет различной.
Кроме того, в работе шлифования участвуют только наиболее
выступающие над связкой вершины зерен на рабочей поверхно-
сти круга. Так, шлифовальные круги с размерами зерен 250—
400 мкм имеют разновысотность вершин зерен (глубину рельефа
рабочей поверхности), равную 200—300 мкм, а контактируют с
заготовкой и участвуют в работе шлифования только вершины,
расположенные в самой верхней (наружной) части редьефа круга
11
chipmaker.ru
(примерно 0,05—0,1 от всей высоты рельефа рабочей поверхности
круга). Из числа контактирующих вершин зерен стружку сни-
мают лишь те, которые достаточно глубоко внедряются в металл,
а остальные только пластически деформируют его, оттесняя в сто-
роны без образования стружки.
Перечисленные особенности рабочей поверхности круга как
режущего инструмента, а также большая частота вращения кру-
га (скорость резания) создают специфические условия образова-
ния стружек при шлифовании.
Во-первых, количество стружек, снимаемых с заготовки за
1 мни, в среднем составляет несколько десятков миллионов. Так,
на рабочей поверхности круга зернистостью'25, диаметром 250 мм
и шириной 40 мм стружку снимают около 8000 вершин зерен
в минуту при скорости резания 35 м/с, круг делает 2500 оборотов
и срезает 20 млн. стружек.
Во-вторых, из-за разновысотности расположения вершин аб-
разивных зерен на круге и их случайной формы размеры и фор-
ма стружек изменяются в широких пределах: от десятых долей
до десятков микрометров по толщине; длина стружек зависит от
длины дуги контакта круга с обрабатываемой заготовкой и обыч-
но не превышает 2—3 мм (кроме операций глубинного шлифова-
ния и шлифования торцем круга).
В-третьих, большие скорости резания (в 10—30 раз больше,
чем при токарной обработке), преобладание отрицательных пе-
редних углов у вершин абразивных зерен (до —80°) и малых
толщин срезов способствуют сильному пластическому деформиро-
ванию срезаемого слоя металла и металла, оттесняемого в сто-
роны от вершины зерна, большому сопротивлению резаиия и на-
греву зоны шлифования до высоких температур, достигающих
даже температуры плавления металла. Энергия, затрачиваемая на
снятие единицы объема припуска с заготовки, во много раз пре-
вышает энергию, необходимую для снятия того же объема ме-
талла при точении и фрезеровании.
Перечисленные особенности образования стружки при шлифо-
вании создают определенные трудности для работы абразивных
зерен без разрушения. Высокая твердость и теплостойкость абра-
зивных зерен обеспечивают их работу без чрезмерного износа, а
хрупкость материала зерен и регулируемая сила их закрепления
связкой позволяют достичь желаемой степени самозатачивания
круга, т. е. микроскалывания вершин зерен с образованием новых
острых режущих кромок и выкрашивания, затупившихся зерен из
связки с одновременным вступлением в работу нового ряда зе-
рен. Самозатачивание — специфическое явление, присущее про-
цессам абразивной обработки.
Большая пластическая деформация и работа трения, прису-
щие шлифованию, разогревают слой металла перед шлифоваль-
ным кругом до высоких температур; происходящее при этом
размягчение металла облегчает процесс снятия стружек абразив-
ными зернами. С другой стороны, нагрев поверхностного слоя за-
готовки приводит к появлению дефектного слоя металла в обра-
ботанной заготовке в виде прижогов, отпущенного слоя с низкой
твердостью, микрогрещин, остаточных напряжений н т. д.
Эффективность процесса шлифования зависит прежде всего
от основных параметров, характеризующих ход процесса, таких
12
как толщина и длина среза одним абразивным зерном, сила и
работа шлифования, контактная температура, износ и стойкость
круга.
Схема образования стружки. Толщина среза аг, приходящаяся
на каждую вершину (режущую кромку) абразивного зерна, яв-
ляется основным элементом при анализе кинематики и механики
процесса шлифования. От толщины среза зависят силы резаиия
(как сумма сил, действующих на каждую вершину зерен, нахо-
Рис. 3. Схема образования стружки при плоском шлифовании: а) образова-
ние единичного среза; 6} форма среза, принимаемая для расчета ах‘
в) участок рельефа рабочей поверхности круга —высота рельефа;
Лавт — высота его активной части; 1—4— вершины зерен, участвующие в
работе стружкообразоваиия)
дящихся в контакте с обрабатываемой поверхностью), контакт-
ная температура шлифования, износ абразивных зерен и круга в
целом, глубина шлифовочных рисок на обработанной поверхно-
сти. Толщину среза каждым абразивным зерном можно опреде-
лить следующим образом. Каждое абразивное зерно, участвую-
щее в работе стружкообразования, снимает слой металла в виде
запятой (рис. 3,а). Если принять форму вершины зерна в виде
конуса с закругленной вершиной, то сечением среза является
сегмент шириной Ь и радиусом р. Наибольшую глубину внедрения
вершины зерна в металл принимаем за толщину среза аг. Чем
глубже вершина зерна внедряется в металл, тем больше значения
Ь и аг. При заданном радиусе р вершины зерна между величи-
нами b и а* существует следующее соотношение:
b = 2 V2pflz-
13
chipmaker.ru
Длина среза определяется длиной /к контакта между кругом
и заготовкой Для плоского шлифования /к = VDaz Форму
среза в виде запятой можно упростить и выразить пирамидой
с треугольным основанием и высотой, равной длине дуги кон-
такта ZK (рис. 3 6). Тогда объем одного среза можно определить
из выражения
K'cp = yfl* V2pD?
С другой стороны, выражение для объема одного среза мож-
но получить, если разделить объем металла Q, снимаемый кругом
с заготовки за одну минуту, на количество вершин активных аб-
разивных зерен V„ проходяших зону шлифования н снимающих
стружку за эту же минуту,
Выразив минутный съем металла Q через удельный минут-
ный съем Q — Суд// (// — высота круга), а количество вершин
абразивных зерен через число вершин Nz на единице поверхности
круга, получаем
“’ср = <2УЛ/(б • 10Ч"УКр) = <2уд/(б юХукр).
Положим wcp = wcp, тогда получим окончательное выраже-
ние для толщины среза аг:
П^ЗЗд/СудМгМ -VrwT.
где Суд — удельный минутный съем металла, мм3/(мммин);
Nz — число активных вершин абразивных зерен на 1 мм2 рабочей
поверхности круга; D — диаметр круга, мм; р — средний радиус
округления вершин абразивных зерен, мкм.
Из приведенного выражения видно, что средняя толщина сре-
за аг увеличивается с увеличением удельного съема металла Суд
(т. е. с увеличением глубины шлифования и подач) и уменьшает-
ся с увеличением скорости круга и числа вершин на единице его
поверхности в степени 0,5. С увеличением диаметра круга и ра-
диуса округления вершин абразивных зерен толщина среза также
уменьшается, но незначительно (в степени 0,25). Для расчета
толщин срезов необходимо знать режим шлифования (окружную
скорость вращения круга, глубину и подачи для определения
Суд), число активных вершин абразивных зерен, участвующих в
работе шлифования (см рис. 3, в), и средний радиус округления
вершин. Определить значения Nz н р с достаточной степенью
точности нелегко. В литературе имеются данные, позволяющие
определить значения Nz н р для наиболее распространенных ха-
рактеристик кругов и условий шлифования. Например, для кру-
гов из электрокорунда зернистостью 25 при Суд =100 мм3/(мм-мин),
/V, = 2 -г- 3 шт./мм2, р=12-д-15 мкм; для кругов из эльбора
зернистостью 12 А'г = 4 4- 6 шт./мм2, р = 6 мкм. При средних
режимах шлифования электрокор- ндоным кругом диаметром
250 мм и зернистостью 25 и 40 среднее значение толщины среза
14
а? колеблется в пределах 3—
5 мкм. При увеличении глу-
бины шлифования и подач тол-
щина среза незначительно уве-
личивается.
Приведенная формула поз-
воляет рассчитать среднее зна-
чение az. Однако следует иметь
в виду, что в процессе шли-
фования даже при постоянном
режиме обработки значения
толщин срезов колеблются в
широких пределах: от десятых
долей микрометра до 20—
30 мкм (при среднем значении,
равном 3—4 мкм). Это проис-
ходит, как уже указывалось
выше, нз-за разновысотности
расположения вершин абразив-
ных зерен на поверхности кру-
га, а также из-за того, что на
вершинах зерен имеются мелкие
выступы, которые тоже срезают
стружку толщиной, как прави-
ло, меньше 1 мкм.
На форму и размеры ре-
альных стружек, образующихся
при шлифовании, оказывают
влияние также форма режущих
кромок вершин абразивных зе-
рен, усадка стружкн, условия
внедрения вершины в обраба-
тываемую поверхность, кон-
тактная температура, свойства
обрабатываемого материала.
В связи с этим реальная струж-
ка существенно отличается от
любой модели, принимаемой для
выполнения расчетов (рис. 4).
При шлифовании пластичных
металлов механизм образова-
ния стружки принципиально
не отличается от стружко-
образовання при точении и фре-
зеровании: стружка образуется
в результате упругопластиче-
ского деформирования металла
и последовательного сдвига от-
дельных его элементов. На
рис. 4 прн большом увеличении
эти элементы сдвига хорошо
видны. Основная масса стру-
жек представляет собой изо-
гнутые деформированные ленты
Рис. 4. Структура стружек, обра-
зующихся прн шлифовании ста-
лей: а—200х; б—400х; в—800х
15
chipmaker.ru
с тонкими рваными краями. На наружной стороне ленты заметны
элементы сдвига толщиной 1—2 мкм; внутренняя сторона (приле-
гающая к вершине зерна) представляет собой продольные борозд-
ки, рыхлые, с чешуйками н разорванными волокнами. Ширина
стружек (лент) примерно в 3—10 раз больше толщины. Часть
стружек имеет вид полых шариков «сгоревшего» металла. Эти ша-
рики образуются уже после отделения стружки, при ее сгорании
в воздухе (сноп ярких искр, образующихся при шлифовании угле-
родистых сталей, указывает на высокую степень нагрева стружек).
Силы резания. От каждого абразивного зерна при его внедре-
нии в металл действует небольшая сила микрорезания (0,5—
5 Н). Сумма этих сил от всех абразивных зерен, находящихся
Рис. 5. Схема действия составляющих силы резаиия Ру и Pz при плоском
шлифовании периферией (а) и торцем (<Г) круга
в пределах площади контакта круга с обрабатываемой поверх-
ностью, определяет силу резания. Обычно ее раскладывают на
составляющие: радиальную Ру (перпендикулярную к обрабаты-
ваемой поверхности), тангенциальную Рг (вдоль вектора скорости
резания) и осевую Рх (в плоскости резания, перпендикулярной к
направлению продольной подачи). При шлифовании периферией
круга основными являются радиальная сила Ру и тангенциальная
Рг (рис. 5, а). В отличие от точения и фрезерования при шлифо-
вании радиальная сила Ру больше тангенциальной силы Рг. Это
объясняется малыми толщинами срезов и отрицательными перед-
ними углами резання. Обычно при шлифовании незакаленных ста-
лей Ру « 1,5Рг, а при шлифовании закаленных сталей Ру ~
« (2 4-3)Рг, причем, чем выше твердость стали, тем больше зна-
чение радиальной силы Ру. При затуплении круга наблюдается
тенденция к увеличению отношения PVIPX-
Сила резания при шлифовании зависит от сопротивления ма-
териала резаиию (т. е. от свойств обрабатываемого материала),
толщин срезов каждым абразивным зерном (т. е. от режимов
шлифования) и от числа вершин абразнвых зерен в зоне кон-
16
такта круга с обрабатываемой поверхностью (т. е. от размеров
поверхности контакта, зернистости круга, условий его правки).
С увеличением глубины шлифования и подач сила резания уве-
личивается, а с увеличением скорости резания — уменьшается,
так как уменьшаются толщины единичных срезов. Последнее об-
стоятельство широко используется в процессах высокоскоростного
шлифования для увеличения производительности обработки без
увеличения сил резания.
Характеристика круга также существенно влияет на силу ре-
зания: высокая износостойкость абразивных зерен, их способ-
ность к микроскалыванню с образованием на вершинах новых
острых режущих кромок, оптимальная твердость круга, обеспе-
чивающая равномерное самозатачивание, достаточная пористость,
гарантирующая свободное размещение стружек, и отсутствие «за-
саливания» — все эти факторы способствуют уменьшению силы
резания, ее стабилизации во время работы.
Для определения сил резаиия чаще всего используют эмпи-
рические зависимости типа:
Коэффициент Ср и показатели степени а, Р, у и б при эле-
ментах режима резания имеются в справочниках по шлифованию
и другой специальной литературе. Если известна сила Рг, то
можно определить необходимую мощность электродвигателя при-
вода вращения круга по формуле
/V = PzVKp/(1027)).
где 1] — КПД привода круга.
Для перемещения заготовки (прямолинейного или враща-
тельного) требуется гораздо меньшая мощность, так как ско-
рость перемещения заготовки во много раз меньше вращения
круга.
От силы резания зависят упругие деформации технологиче-
ской системы, интенсивность вибраций, контактная температура
шлифования, износ и стойкость шлифовального круга. Для умень-
шения силы резания существует много различных рекомендаций.
Если задана производительность и определен режим шлифования,
то силу резания можно уменьшить путем более тщательного под-
бора характеристики круга (с учетом того, что более мягкие и
пористые круги способствуют уменьшению силы резания), приме-
нением кругов из эльбора и алмаза, а также более эффективных
составов и способов подачи СОЖ в зону шлифования.
Температура шлифования. Большая частота вращения круга,
отрицат< льные передние углы резания, площадки износа на вер-
шинах абразивных зерен приводят к тому, что большая часть (до
85 %) работы шлифования затрачивается на трение между кру-
гом и заготовкой и пластическую деформацию металла. Эта ра-
бота почти полностью переходит в тепло, и происходит интенсив-
ный нагрев зоны шлифования (до 600—1000°C и более). Тепло
проникает в заготовку, круг, стружку и окружающее простран-
ство. Низкая теплопроводность шлифовального круга приводит
к тому, что большая чать тепла (до 80 %) идет в заготовку и
нагревает ее до нежелательно высоких температур.
17
chipmaker.ru
Различают мгновенную контактную температуру между вер-
шиной абразивного зерна и обрабатываемой поверхностью (эта
температура самая высокая, она может достигнуть температуры
плавления металла); контактную температуру нагрева поверхно-
сти контакта круга с заготовкой, являющуюся результатом сум-
марного воздействия всех тепловых источников от каждого аб-
разивного зерна и достигающую 800—1000 °C, и среднюю темпе-
ратуру нагрева всей обрабатываемой поверхности заготовки (не
превышает обычно 50—150°C).
Высокая контактная температура шлифования может приве-
сти к образованию дефектного слоя на шлифованной поверхно-
сти: прижогов, сетки трещин, остаточных напряжений. Под шли-
фовочным прижогом понимают местное изменение фазового
состояния или структуры поверхностного слоя шлифуемой заго-
товки, вызванное нагревом до высокой температуры и соответ-
ствующим охлаждением. Зона прижога на поверхности заготовки
из закаленной стали имеет нежелательную структуру, что приво-
дит к резкому ухудшению эксплуатационных свойств шлифованной
детали. Кроме прижогов, нагрев и неравномерное охлаждение
вызывают появление трещин иа шлифованной поверхности (осо-
бенно если шлифуется закаленная до высокой твердости сталь),
а также остаточных напряжений растяжения, которые могут про-
явить себя и вызвать коробление заготовки при дальнейшей ме-
ханической обработке или уже при работе детали в машине.
Перечисленные дефекты появляются обычно при чрезмерно
жестком режиме шлифования, небольшой скорости перемещения
заготовки, работе слишком твердыми, плотными или мелкозер-
нистыми кругами, недостаточно эффективном охлаждении и при
затуплении круга. Возникновение прижогов и других дефектов
поверхностного слоя особенно характерно при шлифовании тита-
новых и жаропрочных сплавов, когда сопротивление резанию зна-
чительно больше, круги быстро затупляются и «засаливаются».
Эти материалы более чувствительны к высокой температуре. Что-
бы уменьшить вероятность появления прижогов и трещин на
шлифованной поверхности, можно использовать следующие реко-
мендации, суть которых сводится к уменьшению сил резания,
времени контакта круга с обработанной поверхностью, к более
эффективному отводу тепла от заготовки и другим мерам, сни-
жающим контактную температуру на последней стадии чистовой
обработки:
1) уменьшить глубину шлифования и поперечную подачу и
компенсировать это уменьшение увеличением скорости продоль-
ной подачи заготовки;
2) назначить рациональный цикл шлифования с постепенным
(по мере снятия припуска) уменьшением глубины и подач и при-
менением выхаживания (шлифования без подачи на глубину), с
тем чтобы дефектный слой, образованный на первом этапе цикла
в режиме чернового шлифования, был удален на втором этапе в
режиме чистового бездефектного шлифования и при выхажива-
нии;
3) назначить наиболее эффективный способ подачи и состав
СОЖ;
4) уменьшить (насколько это возможно) твердость круга и
увеличить его пористость;
18
5) увеличить скорость продольной подачи заготовки, с тем
чтобы уменьшить время воздействия источника тепла на данный
участок обрабатываемой поверхности;
6) применить (если это целесообразно) шлифовальные круги
из эльбора или алмаза, имея в виду, что эти круги меньше нагре-
вают обрабатываемую поверхность.
3. Абразивные инструменты для плоского шлифования
Процесс плоского шлифования выполняется шлифовальными
кругами или набором шлифовальных сегментов, закрепленных на
планшайбе (сегментный круг). Шлифовальный круг представляет
собой зерна абразивных материалов, скрепленные связкой и об-
разующие твердое тело определенной формы. Технология произ-
водства готового круга состоит из следующих основных этапов:
вначале приготавливают абразивную массу, состоящую из зерна
и связки, затем ее прессуют для получения определенной формы
и размеров; после прессования «сырой» круг подвергают терми-
ческой обработке в специальных печах при высокой температуре
(обжиг круга), механической обработке на станках для получе-
ния заданных размеров, контролю, испытаниям на прочность и
маркировке. Шлифовальные круги различаются по форме, разме-
рам и характеристике, определяющей его эксплуатационные
(шлифующие) свойства. В маркировку круга входят обозначения
формы и размеров, элементов характеристики (вид и зернистость
абразивного материала, твердость, номер структуры и вид связ-
ки), прочность (допускаемая рабочая частота вращения), уравно-
вешенность (класс неуравновешенности), класс точности инстру-
мента и завод-изготовитель. Например, обозначение ПП250 X
X 40 X 76 24А40СМ16К 35 м/с А 2 кл. расшифровывается сле-
дующим образом: ПП — круги плоские прямого профиля; 250 X
X 40 X 76 — соответственно наружный диаметр, ширина (высота)
и диаметр посадочного отверстия круга; 24А — электрокорунд бе-
лый; 40 — зернистость абразивного материала; СМ1—твердость
круга; 6 — структура; К — разновидность связки (керамическая);
35 м/с — рабочая частота вращения; А — класс точности круга;
2 кл. — класс неуравновешенности.
На кругах малых диаметров допускается сокращенная марки-
ровка. Требования к' изготовлению и маркировке абразивных ин-
струментов изложены в ГОСТ 2424—82, ГОСТ 2447—82,
ГОСТ 2456—81, ГОСТ 2464—81, ГОСТ 17123—79 и
ГОСТ 21963—76. Термины и определения, относящиеся к абра-
зивным материалам и инструментам, приведены в ГОСТ 21445—75,
а к абразивной обработке — в ГОСТ 23505—79. Более подробно
сведения об изготовлении и свойствах абразивных материалов н
инструментов изложены в 1-м выпуске «Библиотечки шлифовщи-
ка». Ниже приводятся лишь основные данные о характеристиках
шлифовальных кругов и условиях их эксплуатации
Абразивные материалы и области их применения. При пло-
ском шлифовании применяют круги, изготовленные из зерен элек-
трокорунда, карбида кремния, эльбора и алмаза. Применяемые
в современной промышленности основные марки абразивных ма-
териалов и их физико механические свойства приведены в табл. 1.
19
Таблица 1. Физико-механические свойства абразивных материалов
Электрокорунд — это ис-
кусственный корунд, кото-
рый получается плавкой бок-
сита или глинозема в элек-
трической дуговой печи при
температуре около 2000 °C.
В электрокорундах разных
марок содержание оксида
алюминия А12О3 колеблется
в пределах 93—99%. Для
получения абразивных зе-
рен разного размера (раз-
личной зернистости) при-
меняют дробление и после-
дующий рассев в помощью
сит или другими способа-
ми. В нормальном электро-
корунде Л12Оз содержится
93—95 %, в белом электро-
корунде — 98—99 % • Хромо-
титанистый электрокорунд
получают добавлением ле-
гирующих компонентов в
виде оксидов хрома Сг2Оз
(0,5—0,7 %) и титана ТЮ2
(0,7—2 %); циркониевый
электрокорунд — добавле-
нием оксида циркония ZrO2
(20—23 %); монокорунд по-
лучают без дробления в
виде монокристаллов чисто-
го А12О3.
Различные марки элек-
трокоруидов применяют
главным образом при шли-
фовании сталей и сплавов.
На операциях предваритель-
ного и чистового шлифова-
ния конструкционных и ин-
струментальных углероди-
стых и высоколегированных
сталей широко применяют
белый электрокорунд, обла-
дающий высокой хрупко-
стью и свойством самозата-
чивания с образованием но-
вых острых режущих кро-
мок.
При интенсивных ре-
жимах обработки нариду с
белым электрокорундом при-
меняют хромотитанистый
электрокорунд, обеспечиваю-
щий увеличение скорости
20
съема металла на ряде операций шлифования конструкционных
сталей.
На операциях обдирочного шлифования применяют более
вязкий материал — нормальный электрокорунд, а также высоко-
прочный циркониевый злектрокорунд, который эффективно ис-
пользуют для изготовления крупнозернистых обдирочных кругов.
Монокорунд успешно используют на операциях шлифования вы-
соколегированных сталей, жаропрочных и кислотостойких спла-
вов на никелевой и кобальтовой основах, титановых сплавов.
Высокая режущая способность монокорунда обеспечивается со-
хранением и обновлением острых режущих кромок в процессе
шлифования.
Карбид кремния (SiC) получают в электрических печах со-
противления силицированием частиц углерода парами кремниевой
кислоты при температуре 1500—2300 °C. Абразивные зерна для
изготовления шлифовальных кругов получают дроблением и по-
следующим рассевом с помощью сит. Абразивная промышлен-
ность выпускает черный и зеленый карбид кремния, незначительно
отличающиеся друг от друга по химическому составу и физи-
ческим свойствам (зеленый карбид кремния содержит меньше
примесей). Круги из черного карбида кремния применяют для
шлифования твердых сплавов, чугуна, цветных металлов, пласт-
масс. Круги из зеленого карбида кремния чаще используют для
шлифования твердых сплавов, керамики, камня и для правки
шлифовальных кругов.
Алмаз синтетический получают синтезом из графита при вы-
соких давлении и температуре. Шлифовальные круги из алмаз-
ных зерен для плоского шлифования изготавливают сборными:
наружную рабочую часть из алмазоносного слоя, состоящего из
зерен алмаза и наполнителя, скрепленных связкой, и внутреннюю,
несущую, из легкого металла или другого материала. Основной
характеристикой алмазных кругов является содержание алмаза
в алмазоносном слое или концентрация алмаза. Так, 100%-ная
концентрация означает, что в 1 см3 алмазоносного слоя нахо-
дится 4,4 карата (1 карат равен 0,2 г). Чаще всего применяют
круги 50-, 75- и 100 %-ной концентрации алмаза.
Высокая твердость- алмаза, острые режущие кромки, способ-
ность долго сохранять режущую способность определили область
эффективного применения алмазных кругов. Следует, однако, учи-
тывать, что алмазные круги значительно дороже кругов из элек-
трокорунда и карбида кремния, поэтому применяют их чаще
всего на операциях чистового, отделочного шлифования загото-
вок из твердого сплава, чугуна и других материалов, когда тре-
буется получить высокую точность обработки и высокое качество
шлифованных поверхностей. Это достигается значительно мень-
шим размерным износом алмазных кругов, меньшими силами ре-
зания и контактными температурами по сравнению с кругами из
обычных абразивных материалов.
Эльбор — технический кубический нитрид бора — получают
также синтезом при высоких давлении и температуре. Масса его
измеряется в каратах. Круги из эльбора по конструкции анало-
гичны алмазным, т. е. состоят из наружного эльбороносного
слоя и несущей части. Эльбор обладает твердостью почти
такой же, как алмаз, но значительно превосходит его по тепло-
21
chipmaker.ru
стойкости (см. табл. 1). Круги из эльбора применяют на опера-
циях чистового, отделочного шлифования закаленных сталей,
когда к шлифованной поверхности предъявляются высокие требо-
вания по точности и качеству обработки. Небольшие силы реза-
ния и контактная температура, большая стойкость кругов позво-
ляют получить требуемые точность и качество обработки.
Целесообразность применения кругов из алмаза и эльбора на
операциях плоского шлифования необходимо обосновать технико-
экономическими расчетами, так как эти круги дороже обычных
и требуют применения шлифовальных станков высокой точности;
производительность шлифования обычно невысокая (при жестких
режимах работы резко возрастает расход инструмента и стои-
мость обработки).
Зернистость абразивных материалов. Она характеризует раз-
меры абразивных зерен. По ГОСТ 3647—80 все абразивные ма-
териалы разделены на четыре группы: шлифзерно с размерами
160—2000 мкм; шлифпорошкн с размерами 40—125 мкм; микро-
порошки с размерами 14—63 мкм и тонкие микропорошки с раз-
мерами 5—10 мкм. Шлифовальные круги изготавливают, как
правило, из шлифзерна и шлифпорошков, для которых номер
зернистости соответствует 0,1 размера зерен основной фракции.
Например, зернистость 40 соответствует размеру зерен 400 мкм.
Эксплуатационные показатели шлифовального круга зависят не
только от номера зернистости, но и от процентного содержания
основной фракции в данном номере зернистости, от ее однород-
ности. В зависимости от процентного содержания основной фрак-
ции к номеру зернистости добавляют буквенный индекс В, П, Н,
Д (высокое, повышенное, нормальное, допустимое содержание
основной фракции соответственно).
Для операций плоского шлифования обычно применяют кру-
ги средней зернистости (50; 40; 25) или крупнозернистые (80;
100; 125). Зернистость кругов из эльбора и алмаза обычно мень-
ше, чем электрокорундовых или кругов из карбида кремния (как
правило, это зернистость 12; 10; 6). Для операций обдирочного
шлифования применяют круги зернистостью 125—200.
Твердость кругов. Способность связки удерживать абразив-
ные зерна, не разрушаться под действием внешней нагрузки есть
твердость. Понятие твердости кругов отличается от понятия твер-
дости металла и других твердых тел. Из самых твердых зерен
абразивного материала можно изготовить мягкий круг и наобо-
рот. Получение круга заданной твердости достигается определен-
ным соотношением объема зерна и связки, давлением при прес-
совании, режимом термической обработки и другими технологиче-
скими особенностями. Обозначение твердости кругов: мягкие (Ml,
М2, М3), среднемягкие (СМ1, СМ2), средние (Cl, С2), средне-
твердые (СТ1, СТ2, СТЗ), твердые (Tl, Т2), весьма твердые
(ВТ1, ВТ2), чрезвычайно твердые (ЧТ1, ЧТ2).
При плоском шлифовании применяют в основном мягкие
(М3) и среднемягкие круги (СМ1, СМ2), реже — средние (С1,
С2) и среднетвердые (СТ1, СТ2, СТЗ). Чем тверже обрабатывае-
мый металл, тем мягче должен быть круг Открытые плоскости
шлифуют более мягкими кругами, а если требуется выдержать
острую кромку, то выбирают круг большей твердости. Мягкие
круги обладают более высокой режущей способностью, шлифуют
22
без прижогов, но быстро изнашиваются и теряют первоначальную
форму. Изменение твердости круга даже на одну степень может
привести к резкому изменению его работы и ухудшению показа-
телей процесса шлифования, поэтому при освоений новой опера-
ции следует тщательно подбирать необходимую твердость круга.
Структура шлифовальных кругов. Соотношение объемов зер-
на, связки и пор характеризует структуру круга. Круги изготов-
ляют с заранее заданной структурой. Каждая структура имеет
свой номер от 1 до 12, и чем выше номер структуры, тем больше
связки и меньше зерен в круге. Структуры 1—4 называют закры-
тыми, 5—8 — средними, 9—12 — открытыми.
Существуют круги на керамической связке, пористость кото-
рых больше пористости кругов с открытой структурой (высоко-
пористые). Эта пористость создается путем добавления в абра-
зивную массу выгорающих наполнителей (пластмассовые шарики,
древесный уголь и т. п.), которые при обжиге круга сгорают, в
результате чего образуются крупные поры (до 2—3 мм). Такие
круги легче обычных, имеют более высокую режущую способ-
ность, обеспечивают более низкую контактную температуру шли-
фования, на их рабочей поверхности больше места для размеще-
ния стружек, но кромкостойкость этих кругов ниже, чем обычных.
Связка шлифовальных кругов. Абразивные инструменты изго-
товляют на неорганических (керамических), органических (баке-
литовых, вулканитовых, глифталевых) и металлических (алмаз-
ные круги) связках.
Наиболее распространенными являются керамические связки
(больше половины инструментов изготовляют на этой связке,
около 40 % инструментов — на бакелитовой и около 5 % — на
вулканитовой связках). Керамические связки обладают высокой
прочностью (особенно в соединениях с электрокорундами), хими-
ческой стойкостью, огнеупорностью (температура обжига 1220—
1280°C), водостойкостью и хрупкостью. Из-за хрупкости связки
не применяют на операциях обдирочного шлифования и при
ударных нагрузках. На керамических связках изготовляют круги
из электрокорундов, карбида кремния и эльбора. Круги на кера-
мических связках наиболее пористые, легко шлифуют металл,
устойчивы против действия смазочно-охлаждающих жидкостей.
Бакелитовые связки так же, как и керамические, применяют
для изготовления шлифовальных кругов из электрокорундов, кар-
бида кремния, алмаза и эльбора. Круги на бакелитовой связке
более прочные (особенно на сжатие), плотные и упругие, чем
круги на керамической связке, но обладают малой теплостой-
костью (температура бакелизации 180—200 °C). Бакелитовая
связка недостаточно устойчива против действия охлаждающих
жидкостей, особенно если они содержат щелочные растворы. Кру-
ги на бакелитовой связке применяют на операциях обдирочного
шлифования, в условиях ударной нагрузки, а также на ряде опе-
раций отделочного шлифования.
Вулканитовые связки состоят в основном из синтетического
каучука и применяются при изготовлении кругов из электроко-
рунда и карбида кремния. Круги на этой связке еще более упру-
гие, эластичные и плотные, теплостойкость кругов не превышает
150—180°C. Вулканитовая связка слабее удерживает зерна, по-
этому при шлифовании абразивные зерна утапливаются в связку,
2.3
chipmaker.ru
чем обеспечивается меньшая и более однородная шероховатость
шлифованной поверхности; полирующее действие самой связки
также способствует уменьшению высоты шероховатости. Круги на
вулканитовой связке применяют главным образом на операциях
отделочного шлифования и полирования, на операциях отрезки
и прорезки.
Выбор формы и размеров кругов для плоского шлифования.
При шлифовании периферией круга чаще всего применяют круги
типа ПП диаметром 200—500 мм, высотой 20—100 мм. Если тре-
буется шлифовать широким
кругом, то используют кру-
ги типов ПВ и ПВД. При
шлифовании торцем круга
применяют круги типов ЧЦ,
ЧК, 1К и ПН или сегмент-
ные круги.
Установка кругов на пло-
скошлифовальные станки.
При шлифовании перифе-
рией круги устанавлива-
ют на шпинделе станка с
помощью фланцев. На рис. 6
показан пример установки
круга на станках с прямо-
угольным столом и гори-
зонтальным шпинделем.
Круг / ставят между Двумя
фланцами — передним 2 и
задним 3 и закрепляют вин-
тами 4. Балансировка кру-
га вместе с фланцами про-
изводится с помощью ба-
лансировочных грузов 6,
установленных в кольце-
вом пазе переднего флан-
Рис. 6. Схема установки шлифовального
круга на шпинделе станка
ца 2. Центральный винт 5 помогает снять круг вместе с флан-
цами с конуса шпинделя станка. При закреплении круга на
фланцах крепежные болты 4 необходимо затягивать равномерно,
а между торцами круга и фланцев ставить прокладки 7 из кожи
нли резины, обеспечивающие равномерное распределение усилия
затяжки.
При шлифовании торцем круга на станках с вертикальным
шпинделем кольцевые круги типа 1К приклеивают к планшайбе
шпинделя, либо используют сборные сегментные шлифовальные
круги (рис. 7). Крепление сегментов осуществляют механическим
путем или с помощью клея, позволяющего более полно исполь-
зовать полезный объем сегмента. При шлифовании чашечными
кругами (ЧК, ЧЦ) для уменьшения площади контакта круга с
заготовкой шлифовальную головку с кругом разворачивают на
небольшой угол (2—4°), обеспечивая при этом меньшую кон-
тактную температуру шлифования.
Испытание на прочность и хранение шлифовальных кругов.
Большая кинетическая энергия вращающегося круга представляет
собой серьезную опасность не только для рабочего, но и для
24
окружающей среды. Например, шлифовальный круг диаметром
600 мм, вращающийся со скоростью 60 м/с, имеет кинетическую
энергию 27 600 кН-м, что равняется энергии автомобиля, имею-
щего массу 1100 кг и движущегося со скоростью 80 км/час.
В связи с этим должны
быть приняты специальные
меры для предотвращения
разрыва круга на шлифо-
вальном станке, а также
для защиты рабочего места.
JB соответствии с требова-
ниями ГОСТ 12.2.001—81
шлифовальныекруги диамет-
ром от 150 мм и более
должны быть испытаны на
прочность как заводом-из-
Рис. 7. Сегментный шлифовальный круг
готовителем, так и непо-
средственно перед установ-
кой на станок. Не проверя-
ются на прочность круги диаметром до 150 мм, работающие при
окружной скорости менее 40 м/с, скоростные круги диаметром
менее 30 мм и круги типов ПН, ПР, ПНР, ПНВ, К.
Круги испытывают на специальных стендах путем вращения
со скоростью, превышающей рабочую скорость (табл. 2). Станки
для испытания кругов позволяют развивать окружную скорость
до 165 м/с и в зависимости от предельного диаметра испытуемых
Таблица 2. Исходные данные для определения
испытательной скорости вращения круга
Вид круга Наруж- ный диаметр круга» мм Скорость, м/с
рабочая ЮР испытательная (в процентах к рр)
у потре- бителя у изгото- вителя
Шлифовальные на ке- рамической и органи- ческой связках > 150 До 40 150 190
>30 40—50 50—60 60—80 80—90 90—100 100—120 140 130 120 120 ПО 180 170 165 150 140
Отрезные (тип Д) >250 До 80 80—100 100—120 130 120 НО 170 170 170
Гибкие полировальные иа вулканитовой связке 200 До 25 130 150
25
chipmaker.ru
Таблица 3. Технические характеристики станков для испы-ания шлифовальных кругов
кругов разделены на ти-
по-размеры: СИП-200С;
СИП-350С; СИП-500С;
СИП-800С и СИП-1200С
(цифрой обозначен макси-
мальный диаметр круга, ко-
торый может быть на нем ис-
пытан). Станки работают в
полуавтоматическом режиме.
Разные модели станков
для испытания кругов на
прочность отличаются друр
от друга в основном уров-
нем механизации и автома-
тизации вспомогательных
приемов, а также приводом
вращения шпинделя. Крат-
кие технические характери-
стики станков для испыта-
ния шлифовальных кругов
приведены в табл. 3.
При установке круга
на фланцы станка необходи-
мо соблюдать меры предо-
сторожности: обязательно
проложить прокладки по
торцам круга, полностью
перекрывающие всю зажим-
ную поверхность фланца,
следить, чтобы зазор меж-
ду посадочным отверстием
круга и втулкой фланца
был не менее 0,1 мм и не
более 1,5 мм, обеспечить
равномерную затяжку кре-
пежных винтов и т. д. Ос-
новные размеры испытатель-
ных фланцев в зависимости
от размеров кругов приве-
дены в ГОСТ 2270—78.
Шлифовальные круги
следует хранить на стелла-
жах в закрытых помеще-
ниях при температуре не
ниже +5 °C и влажности
не более 65 %, оберегая их
от случайных ударов и со-
трясений. Опоры кругов сле-
дует выполнить из дерева
или другого мягкого мате-
риала. Мелкие круги мож-
но хранить в удобных по
конструкции ящиках или ко-
робках.
26
4. Износ и стойкость шлифовальных кругов
В процессе шлифования абразивные зерна круга при внедре-
нии в обрабатываемую поверхность испытывают периодические
силовое, тепловое и химическое воздействия, в результате кото-
рых они изнашиваются и разрушаются. Большая частота враще-
ния круга приводит к тому, что число такого воздействия на
каждую вершину зерна достигает нескольких тысяч в минуту.
Время действия каждого цикла (каждого врезания) составляет
всего лишь 10-4—10~5 с, поэтому можно считать, что на каждое
абразивное зерно действуют высокочастотные ударная, силовая и
тепловая нагрузки. Высокая хрупкость абразивных материалов
делает их особо чувствительными к ударной усталостной на-
грузке.
Большая контактная температура, соприкосновение со све-
жим срезом металла и наличие СОЖ способствуют протеканию
различных химических явлений, также вызывающих износ абра-
зивных зерен. Однако следует отметить, что высокая химическая
инертность большинства абразивных материалов по отношению
к обрабатываемым материалам практически исключает существен-
ное влияние химических явлений на износ зерен, за исключением
операций шлифования некоторых труднообрабатываемых мате-
риалов (титановых и жаропрочных сплавов и т. д.).
Перечисленные явления вызывают следующие виды износа
шлифовальных кругов:
механическое, адгезионное или диффузионное истирание вер-
шин зерен (с некоторыми элементами микроскалывания), в ре-
зультате которого на вершине зерна образуется площадка из-
носа;
микроскалывание вершин абразивных зерен с образованием
новых острых режущик кромок;
разрушение (раскалывание) целых абразивных зерен на не-
сколько частей и вырывание их из связки.
Кроме того, износ сопровождается такими явлениями, как
налипание металла на площадки износа абразивных зерен н за-
бивание пор рабочей поверхности круга стружкой («засаливание»
круга). В процессе шлифования почти всегда присутствуют все
виды износа. Преобладание какого-либо одного вида определяет-
ся характеристикой круга, свойствами обрабатываемого материа-
ла, режимом и другими условиями шлифования.
Если преобладающим является истирание вершин и образо-
вание площадок износа с налипанием на них частиц металла, то
шлифовальный круг работает в режиме преимущественного за-
тупления, его режущая способность уменьшается, возрастают си-
лы резания, вибрации, контактная температура и наступает мо-
мент, когда кругом работать невозможно, и требуется правка
для снятия затупленного слоя абразива и восстановления его
режущих свойств.
Если преобладающими видами износа являются микроскалы-
вание и разрушение целых абразивных зерен, то круг работает
в режиме самозатачивания, его режущая способность со време-
нем не изменяется, и в ряде случаев можно работать без правки
до полного износа полезного объема круга. Режим самозатачива-
ния происходит особенно благоприятно, когда преобладающим
27
chipmaker.ru
видом износа является микроскалывание вершин абразивных зе-
рен. Этот режим обеспечивает равномерный стабильный процесс
шлифования в течение длительного времени. Недостатками его
являются повышенный размерный износ круга и потеря правиль-
ной геометрической формы.
В связи с этим иа многих операциях точного шлифования
предпочитают работать в режиме преимущественного затупления
с периодической правкой круга. Этет режим обеспечивает незна-
чительный размерный износ круга, высокую кромкостойкость, ма-
лую шероховатость шлифованной поверхности.
В режиме равномерного самозатачивания работают круги на-
бакелитовой и вулканитовой связках (на операциях обдирочного
шлифования и при отрезке), из карбида кремния на керамической
связке при заточке твердосплавных инструментов, алмазные и
эльборные круги.
В режиме преимущественного затупления работают круги на
керамической связке из электрокорундов при шлифовании заготовок
нз сталей, жаропрочных и кислотостойких сплавов, а также из
карбида кремния — при шлифовании чугунов и цветных металлов.
Прогрессирующее затупление вершин абразивных зерен, за-
саливание круга и нарушение его правильной геометрической
формы требуют периодической правки круга. Стойкость круга
характеризуется временем его работы между двумя правками.
Стойкость — это способность шлифовального круга противо-
стоять процессу затупления его режущих кромок, налипанию на
цих металла и нарушению его правильной геометрической формы.
Период' стойкости круга зависит от его размеров (чем больше
рабочая поверхность круга, тем больше его стойкость), материа-
ла и формы обрабатываемой заготовки, режимов шлифования,
эффективности системы подачи СОЖ в зону обработки, жестко-
сть и виброустойчивости станка и других условий шлифования.
При шлифовании с периодической правкой круга необходимо
решить ряд задач. Во-первых, требуется определить момент, ког-
да круг необходимо править. Если,процесс шлифования идет нор-
мально и шлифуемые заготовки укладываются в допуск по пара-
метрам точности и качества обработки, то правка не требуется.
Если на шлифованной поверхности появились прижоги, следы
дробления от интенсивных вибраций или если точность обработки
не соответствует заданной, то необходима правка круга. Чтобы
не допускать брака, правку следует производить заранее. Момент
необходимости правки круга определяется по увеличению эффек-
тивной мощиЪсти, затрачиваемой на шлифование, интенсивности
автоколебаний, амплитуда которых зависит от степени затупле-
ния круга, и по уровню шума, измеряемому специальными при-
борами. На практике необходимость правки круга часто опреде-
ляют по субъективным внешним признакам: изменению звука при
шлифовании, появлению первых признаков дробления на шли-
фованной поверхности и др.
На станках, работающих в автоматическом цикле, применяют
принудительную правку круга через определенный отрезок вре-
мени его работы (или определенное количество прошлифованных
заготовок). Как правило, такая правка производится чаще, чем
.это требуется, чтобы гарантировать стабильное качество обработ-
ки независимо от колебаний эксплуатационных свойств кругов,
28
припуска на обработку и других случайных причин. В таких слу-
чаях затрачивается дополнительное время на правку круга (если
она не совмещена с другими вспомогательными рабочими приема-
ми) и увеличивается расход круга. На операциях плоского шли-
фования при правке круга расходуется 45—80 % его полезного
объема (остальной объем — это износ в процессе шлифования),
а затраты времени на правку достигают 40 % от всего штучного
времени обработки.
Во-вторых, необходимо определить минимальный слой абра-
зива, снимаемого с круга при правке и достаточного для полного
восстановления его режущих свойств и правильной геометриче-
ской формы. При плоском шлифовании во время правки зача-
стую снимается «для гарантии» лишний слой абразива, порой
в несколько раз превышающий значение минимального, но доста-
точного слоя hnp. Это приводит к излишнему расходу шлифоваль-
ных кругов и дополнительным затратам времени на правку.
В первом приилижении минимальная толщина слоя абразива,
снимаемая при правке, может быть определена по эмпирической
формуле исходя из размеров абразивных зерен круга
Лп₽ = (0,15 4-0,20) г/3,
где d3 — средний размер абразивных зерен, мм.
На операциях врезного и профильного шлифования, когда
форма круга должна быть скопирована на обрабатываемой заго-
товке, толщина снимаемого при правке слоя абразива увеличи-
вается и определяется в зависимости от износа рабочих кромок
или профиля круга.
Более точный расчет снимаемого при правке слоя абразива
может быть выполнен по формуле
йпр = hi + hi + Аз -f-
Где hi — биение круга при вращении, вызванное его неравномер-
ным износом, мкм; Л2 — высота волнистости на круге, вызванной
его неравномерным износом из-за вибрации, мкм; h3 — разновы-
Ьотность затупленных вершин абразивных зерен на рабочей по-
верхности круга, мкм; й4 — износ (искажение) заданного профиля
круга при врезном или профильном шлифовании.
Значение ht зависит от балансировки круга и зазоров в под-
шипниках шпинделя шлифовальной головки. Для плоскошлифо-
вальных станков, работающих периферией круга и имеющих
класс точности Н и П, при нормальном дисбалансе круга и твер-
дости МЗ-СТ1 (керамическая связка) hi = 5 4- 20 мкм.
Значение й2 определяется максимальной высотой волн, обра-
аующихся на рабочей поверхности круга при его затуплении. Для
кругов на керамической связке /г2 = 5 4- 50 мкм, причем меньшие
Значения /г2 относятся к кругам твердости С1 и тверже, а боль-
шие— к кругам твердости СМ1-МЗ.
Значение h3 определяется глубиной контактирующей с обра-
батываемой поверхностью наружной части рельефа рабочей по-
верхности круга. При получистовом и чистовом шлифовании кру-
гами зернистостью 16, 25 и 40 Лз — 5-4-15 мкм; при черновом
Шлифовании кругами зернистостью 25 и 40 h3 = 20 4- 40 мкм.
29
chipmaker.ru
Значение ft4 зависит от характера операции, кромкостойкости
круга и требований к сохранению его профиля. При шлифовании
открытых плоскостей /ц = 0, потому что припуск на правку,
определяемый предыдущими тремя слагаемыми, оказывается, как
правило, достаточным, чтобы восстановить прямолинейность об-
разующей круга.
Следовательно, при наиболее благоприятных условиях сум-
марная минимальная толщина снимаемого при правке слоя абра-
зива /гпр « 15 мкм, при неблагоприятных, но нормальных усло-
виях шлифования /пр 110 мкм (без учета значения hi).
В-третьих, необходимо определить наиболее эффективный
способ и режим правки круга. Способ и режим правки круга
определяют его режущую способность, интенсивность износа в
Vnp-V ЮтКм/мий
Рис. Ь. Схемы правки шлифовальных кругов методами; а— обтачивания;
б — обкатывания; в — шлифования
процессе шлифования и качество шлифованных поверхностей.
Цикл износа круга между двумя правками обычно состоит из
первого («приработочного») периода, когда скорость износа на-
много больше средней скорости износа и определяется степенью
разрушения верхнего рабочего слоя на поверхности круга правя-
щим инструментом, и второго периода стационарной работы, когда
влияние правки ослабевает и рабочая поверхность круга приобре-
тает присущий данной характеристике рельеф.
Интенсивность износа и длительность первого периода зави-
сят от размеров и характеристики круга, способа и режима его
правки и сил резания при шлифовании. Интенсивность износа
круга во втором периоде его работы обычно меньше, чем в пер-
вом периоде, а длительность периода зависит от свойств обраба-
тываемого материала, режима резания и характеристики круга.
Существует несколько способов правки шлифовальных кру-
гов. Подробно они изложены в 6-м выпуске «Библиотечки шли-
фовщика». Здесь приведем только краткую характеристику наи-
более распространенных способов правки.
Правка методом обтачивания (рис. 8, а) осуществляется при
рабочей скорости круга алмазно-металлическим карандашом диа-
метром 8—10 мм (ГОСТ 607—75) или отдельными сравнительно
крупными алмазными зернами, зачеканенными в державку
30
Таблица 4. Режимы правки шлифовальных кругов
И о Et о о выха- жива- ния 7 1 м СО со
Число иг рабочих о 2 2-4 2-3 1
Подача поперечная, мм/ход 1 0,01—0,02 мм/дв. ход 0,01—0,03 мм/дв. ход 0,01-0,04 0,01-0,03 1 0,01-0,04 0,02 I 0,03-0,05 1
продоль- ная, м/мин 0,2-0,3 0,3-0,4 1,0-1,5 0,5-1,0 0,3-1,0 0,5-1,5
скорость, !/С шлифо- вального круга 25-50 25-30 25-50 । 1 os—ss
Окружная N правя- . щего । инстру- мента 1 S 1 1О сч '° 1 0,5-1,0 !
Правящий инструмент Алмаз в оправке । Алмазно-металличе- скнй карандаш Диск стальной Диск твердосплавный Круг из карбида крем- 1 ния Алмазный ролик Круг из карбида крем- ния
Метод правки Обтачивание Обкатывание Шлифование j
31
Таблица 5. Ориентировочные значения удельного износа кругов при шлифовании
различных материалов
Обрабатываемый матариал Ориентировочная характеристика круга Удельный износ, мм3 абр./мм’ мет.
Абразивный материал Зернистость и твердость Связка
Углеродистые конструкционные и инструментальные стали (40, 45, У10А и др.) 15А; 24 А 16; 25; 40 (СМ1-СТ1) Керамическая 0.015-0,04
Низколегированные конструкцион- ные стали (40Х, ШХ15, 12ХНЗА и др.) 24А; ЗЗА; 37А 16; 25; 40 (СМ1 - СТ1) 0,015-0,05
Высоколегированные конструкцион- ные стали мартенситного класса (4X13 и др.) 24А; ЗЗА; 37А; 44А 16; 25; 40 (М3 - С1) 0,05-0,10
Высоколегированные стали аусте- нитного класса (Х18Н10Т, ЭИ17 и др.) То же 16; 25; 40 (М3 - С1) 0,05-0,20
Быстрорежущая сталь Р18 24А; 44А 16; 25 (МЗ-С1) 0.1-0,5
Высокованадиевые быстрорежущие стали (Р9Ф5, Р10К5Ф5 н др.) 24А; 44А 16; 25 (МЗ-С1) 1,0-3,0
Жаропрочные сплавы (ЭИ437, ЖС6 и др.) 24А; 44А 16; 25 (МЗ-СМ2) 0,1-0,5
Чугун серый 63С 16; 25; 40-(СМ1 - С1) 0,3-0,6
Жаропрочные сплавы (обдирочное шлифование) 15А 80-120 (СТ1 - Т2) Бакелитовая 0,1-1,0
Литые магниты типа ЮНДК24 24А; 44А 40; 25 (СМ1) Керамическая 0,05-0,3
Титановые сплавы 63С 25 (СМ2 - С2) 0,8-1,5
Быстрорежущие стали всех марок > Закаленные малолегированные стали (ШХ15, ЗОХГСА н др.) Эльбор ЛО Алмаз АСВ 10; 12; 16 (С1-СТ2) 125/100 Керамическая Органическая Б1 Органическая Б1 0,3—0,5 мг/г 0,5—1,5 мг/г 8,0—12,0 мг/г
Эльбор ЛО 10; 12 Керамическая Органическая 0,3—2,0 мг/г 0,5—2,5 мг/г
То же Сталь ЭИ347, шлифование колец подшипников Алмаз АСВ Эльбор ЛО, ЛП 125/100 12 (Т1) Органическая Керамическая 3,0—10 мг/г 1,5—3,5 мг/г
Внутреннее шлифование закален- ных сталей (Q = 300 мм3/мии) Эльбор ЛО 10 (СТ1, СТ2) То же 0,7—0,9 мг/г
Шлифование титанового сплава То же 10 (СТ1, СТ2) 20—40 мг/г
Чугуи (направляющие станины) Эльбор ЛО, ЛП 16 Органическая Б1
Быстрорежущие стали (шлифова- ние резьбы) То же 5СТ2 Керамическая 0,6—1,5 мг/г
Литые магниты типа ЮНДК24 (плоское шлифование) Эльбор ЛО 10—12 (СТ — СТ2) То же 0,5—1,5 мг/г
Литые магниты типа ЮНДК24 (круглое шлифование) То же 10-12 (СТ - СТ2) » 1,5—3,0 мг/г
Твердые сплавы (черновое шлифо- вание, Q = 15004-1800 мм3/мии 63С 16; 25 (М2 - СМ1) > 10-15
Чистовое шлифование Алмаз АСО, 10; 12 Металлическая 1,0—1,5 мг/г
АСВ Керамическая 1,0-3,0
Отделочное шлифование <3=304-50 мм3/мии Органическая 1,5—3,0 мг/г
Алмаз АСО 6 Органическая 1,5—2,0 мг/г
Глубинное шлифование (Q = 6004-800 мм3/мин) Алмаз АСВ 100/80 Металлическая МН-1 0,6—1,5 мг/г
chipmaker.ru
(ГОСТ 17564—72 и ОСТ 2—9—70). Чаще применяют алмазно-
металлические карандаши с алмазными зернами, расположенны-
ми цепочкой (Ц) вдоль оси карандаша, слоями (С) или с не-
ориентированным (Н) расположением алмазов. Правка этим ме-
тодом обеспечивает высокую режущую способность круга, точ-
ность профиля его рабочей поверхности и малый разрушенный
слой (алмаз обеспечивает срезание абразивных зерен с образо-
ванием мелких острых режущих кромок).
Правка методом обкатывания (рис. 8, б) производится дроб-
лением, выкрашиванием абразивных зерен и связки твердосплав-
ными роликами или кругами, свободно сидящими на оправке и
вращающимися шлифовальным кругом за счет трения. Проскаль-
зывание между правящим роликом и кругом способствует загла-
живанию вершин абразивных зерен. Выправленная рабочая по-
верхность круга имеет большой дефектный слой абразива, кото-
рый быстро изнашивается при последующем шлифовании. Правка
методом обкатывания грубая, используется чаще для предвари-
тельной правки, когда с круга необходимо снять большой слой
абразива. В качестве правящего инструмента применяют твердо-
сплавные ролики, стальные диски, звездочки и шарошки, круги
из карбида кремния 54С80ВТ-ЧТК.
Правка методом шлифования (рис. 8, в) представляет собой
процесс срезания (сошлифовывания) слоя абразивных зерен и
связки алмазным роликом или кругом из карбида кремния, кото-
рые получают принудительное вращение от самостоятельного при-
вода с небольшой скоростью, направленной, как правило, на-
встречу вращению шлифовального круга. Точность правки и ка-
чество (режущая способность) рабочей поверхности круга после
правки алмазным роликом не уступают правке алмазным каран-
дашом.
Правка алмазными роликами позволяет легко и быстро полу-
чать сложный профиль круга, одновременно править несколько
его поверхностей, является производительным методом, обеспечи-
вающим минимальный износ выправленного круга в процессе
Шлифования. Алмазные ролики по ГОСТ 16014—78 изготовляют
диаметром 70 и высотой 20 мм из природных алмазов с равно-
мерным их расположением в алмазоносном слое рабочей поверх-
ности ролика.
Правящие круги из карбида кремния на керамической связке
зернистостью 125—50, твердостью СТ1-ВТ применяют для правки
и профилирования алмазных и эльборных кругов на бакелитовой
И керамической связках.
Кроме перечисленных методов правки существует также ме-
тод профилирования кругов сложного профиля накатыванием.
Накатывание профиля производится стальным роликом при ок-
ружной скорости 1—1,5 м/с, с поперечной подачей 0,05—
0,06 мм/мин.
Режимы правки шлифовальных кругов различными методами
приведены в табл. 4. Наличие в современных станках отдельного
привода для правки круга упрощает процесс правки с заданными
режимами.
Для определения расхода шлифовальных кругов при шлифо-
вании партии заготовок необходимо знать износ круга в процессе
шлифования и его расход при правке. Ориентировочные значения
34
удельного износа кругов прн шлифовании различных материалов
приведены в табл. 5. Пользуясь этими данными и зная размеры
шлифовального круга, можно рассчитать его радиальный износ
/гшл за период работы между двумя правками. Обычно радиаль-
ный износ круга между двумя правками колеблется в пределах
0,01—0,05 мм (большие значения относятся к мягким кругам
СМ1 и М3).
Для определения радиального износа Лшл можно воспользо-
ваться эмпирической зависимостью
йшл = 0,05кг/3,
где d3 — средний размер абразивных зерен круга, мм; к — коэф-
фициент износа круга (к = 1 — при правке алмазным инстру-
ментом; к = 1,8 — при правке кругом из карбида кремния;
к = 2,2— при правке твердосплавным диском; к = 2,5 — при
правке стальным диском).
Определив общий радиальный износ круга на правку и шли-
фование (й =/гпр-|-/гшл), можно найти объемный расход круга
на обработку одной заготовки
q0 = nDcvHhlN,
где £>сР — средний диаметр рабочей поверхности круга, равный
полусумме диаметров между двумя правками, мм; Н — высота
рабочей поверхности круга, мм; h — изменение радиуса круга
вследствие износа и расхода на одну правку, мм; N— количество
заготовок, обработанных за период стойкости круга между дву-
мя правками. Если определить объемный расход круга на обра-
ботку одной заготовки и наименьший допускаемый диаметр пол-
ностью изношенного круга, можно рассчитать требуемое коли-
чество кругов для выполнения заданной программы.
Глава 2
ПЛОСКОШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ И ИХ НАЛАДКА
5. Общие сведения
и техническая характеристика станков
Существующие станки различаются по точности и произ-
водительности, степени универсальности, размерам обрабаты-
ваемых заготовок и уровню автоматизации. В соответствии с
принятой классификацией металлорежущие станки разделяются
на следующие группы: 1—токарные; 2 — сверлильные и расточ-
ные; 3 — шлифовальные и полировальные; 4 — комбинированные;'
5 — зубо- и резьбообрабатывающие; 6 — фрезерные; 7 — строгаль-
ные, долбежные и протяжные; 8 — отрезные и разрезные; 9 —•
разные. Группы, в свою очередь, подразделяются иа типы, а ти-
пы — по размерам станков и обрабатываемых заготовок, степени
точности, автоматизации, универсальности. В обозначение моде-
лей станков входят номера групп и типов. Так, в моделях шли-
фовальных станков первая цифра 3 указывает на группу (шли-
35
chipmaker.ru
Таблица 6. Технические характеристики раз
Модель станка Размеры рабочей поверхности стола, мм Наибольшие размеры шлифуемого изделия, мм Окружная скорость круга, м/с Скорость продоль- ной подачи стола, м/мии Поперечная подача, мм Вертикальная подача, мм
3E7I0A ЗЕ710В-1 ЗГ71М ЗЕ711В ЗЕ711В-1 ЗЕ711ВФЗ-1 ЗЕ711ВФ1 ЗЕ711АФ1 ЗЕ721ВФ1-1 ЗЕ721ГВ-1 ЗЕ721ВФЗ-1 ЗЭ70ВФ 2 ЗД722 ЗП722И ЗГ1722 ЗД723 ЗД724 ЗД725 ЗП725 ЗД732 ЗД733 С прямоуг 125 X 400 125 X 250 200 X 630 200 х бзо 200 х 400 200 X 400 200 X 630 200 X 630 320 X 630 320 X 630 320 X 630 160 X 400 С г 320 X ЮОО (1250) (1600) (2000) 320 X 1250 320 X 1250 400 X 1250 (1600) (2000) 500 X 2000 630 X 2000 630 X 2000 С 320 X 800 400 X юэо ольным крестов 400X125 X 320 250X 125X320 630 X 200 X 320 630 X 200 X 320 400 X 200 X 320 400X200X320 630 X 200 X 320 630 X 200 x 320 630 X 320 x 400 630 X 320 X 400 600 X 320 X 320 400X160 X 300 рямоугольным 1000 X 320 X 400; 1250 X 320 X 285 1250 X 320 x 400 1250 X 320 X 400 1600 X 400 X 400 500 (высота) 2000 X 630 X 630 прямоугольны 800X320X400 1000 X 400 X 400 ым 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 35 30 CTOJ 35 60 35 70 35 38,5 35 и ст 30 30 столом и го 2-35 2-25 3-25 2-35 2-35 0,05-25 2-35 2-35 2-35 0,01-35 2-35 0,0005-0,45 юм и гориз 2-30 3-45 3-45 3-45 3-45 3-30 3-30 олом и eepi 2-30 1-45 ризонта 0,5-20 0,3-10 0,3-30 0,5-30 0,5-30 0,5-20 0,5-20 0,5-20 0,02 онталън 24-48 0.2-75 икальш 1-30 льным шпи 0,002 - 0,1 0,002- 0,05 0,002 -0,08 0,001 -0,09 0,002 - 0,1 0,001-0,09 0,001-0,09 0,001-0,1 0,001-0,09 0,001-0,1 0,002 ым шпинде 0,004-0,1 0,004-0,1 ям шпинде 0,004-0,1 0,004 -0,1 /
36
личных моделей плоскошлифовальных станков
Мощность электро- двигателя привода круга, кВт Габаритные размеры, мм Завод-нзгото- витель Примечание
нделгм для шлифования п зриферией круга {см. рис, /, а)
3.0 2770 X 1450 X 1793 Оршанский станкозавод «Красный борец» Особо высокой точности
2,2 1150 X И45 X 1465 То же «—।
2,2 2580 X 1635 X I860
4,0 2823 X 1915 X 1915 —•
5,5 2830 X 1810 X 1925 —
7,5 2800 X 2880 X 2075 С числовым программным управлением профилирова- ния круга
5,5 2820 X 1915 X 1980 > Программируемый съем припуска с цифровой инди- кацией
5,5 2963 X 1980 X 1989 Программированный съем припуска с цифровой инди- кацией особо высокой точности
7,5 2830 X 2130 X 2090 > Программированный съем припуска с цифровой инди- кацией
11,0 2600 X 2093 X 2103 Для глубинного шлифова- ния пазэв и профильных поверхностей особо высо- кой точности
7.5 4100 X 4000 X 2090 » С программным управле- нием для шлифования про- фильных поверхностей
2,2 3550 X 3200 X 1850 Для электрохимического глубинного шлифования профильных поверхностей; с программным управле- нием профилирования круга
лем для шлифования периферией круга {см. рис. 1, а)
15,0 4010 X 2139 X 2369 Липецкий стан- костроительный —
18,5 4220 X 2215 X 2510 То же Полуавтомат для- скорост- ного шлифования
17,0 4390 X 2510 X 2215 Полуавтомат
11,5/14,5 4100 X 2215 X 2615 » Для скоростного шлифования
23,0 6930 X 2593 X 2710 Воронежский станкостроитель- ный завод —
30,0 5750 X 2860 X 2860 То же —•
30,0 — Полуавтомат
лем для шлифования торцем круга {см. рис. 1. в)
17.0 4093 X 2200 X 2355 Липецкий станкостроитель- ный завод -
2?,0 4880 х 2215 X 2510 То же —
37
chipmaker.ru
Модель станка Диа- метр стола, мм Диа- метр X X длина шлифу- емого изделия, мм Окруж- ная скорость круга, м/с Частота враще- ния стола, об/мнн Продоль- ная подача, мм Верти- кальь ая подача, мм
С круглым столом и горизонтальным шпинделем
ЗД740В 400 400 X 160 35 15-180 8-30 —
ЗП740В 400 400 X 160 35 15-150
ЗП740ИВ 400 400 X 160 60 15-180 8-30 —
ЗД740А 400 400 X 160 35 15-180 — 0,002-0,05
ЗД741В 800 800 X 200 40 8-20 15-48 —
ЗП741В 800 800 X 200 35 8-96 —
ЗД741А 800 800 X 200 35 8-96 0.12-4.2 —
С круглым столом и вертикальным шпинделем
ЗЕ756 800 800 X 450 25,5 5-30 3,2 —
ЗП756Л 1000 1000 X 350 25,5 5-30 3,2 -
фовальные станки, вторая цифра обозначает тип стайка: 1 —
круглошлифовальиые (3151); 2 — внутришлифовальные (3225):
3 — обдирочношлифовальные (332); 4 — специализированные
шлифовальные для валов (3423); 5 — не используется; 6 —за-
точные (364); 7 — плоскошлифовальные с прямоугольным (371)
или круглым (3756) столом; 8 — притирочные и полировальные
(3816); 9 —разные станки, работающие с применением абразив-
ного инструмента (395).
Различные усовершенствования в конструкциях станков обо-
значают в моделях добавлением прописной буквы русского алфа-
вита после первой цифры (ЗБ 153). Буквы и цифры, добавленные
после всех основных цифр, обозначают, что на базе основной
модели изготовлен станок с другим уровнем автоматизации (на-
пример, плоскошлифовальиый станок с ЧПУ модели ЗЕ711ВФ-1).
Установленные нормы точности шлифовальных станков раз-
деляют их на нормальные (класс Н), повышенной точности
(класс П), высокой точности (класс В), особо высокой точности
(класс А) и особоточные станки (класс С — прецизионные).
На станках высокой точности обработка выполняется пери-
ферией круга, при этом точность шлифования составляет 2—5 мкм
на 500 мм длины, параметр шероховатости Ra = 0,16-?- 0,08 мкм.
Применение на этих стайках шлифовальных кругов из сверхтвер-
дых материалов (эльбора и алмаза) обеспечивает снижение сил
и контактных температур шлифования и позволяет получить еще
более высокую точность и качество обработки. Высокая точность
стайка обеспечивается более точным изготовлением основных его
деталей, более точной сборкой, пригонкой деталей и узлов друг
к другу, увеличением жесткости станка, уменьшением уровня
вибраций в зоне шлифования путем компоновки гидропривода,
систем смазки и охлаждения и других источников колебаний и
38
Продолжение табл. 6
Мощность Электро- двигателя привода круга, кВт Габаритные размеры, мм Завод-изго- товитель Примечание
для шлифования периферией круга (см. рис. 1, б)
10,0 2160 X 1970 X 2390 Липецкий —
2160 X 1970 X 2300
2300 X 1950 X 2150
7,5
15.0
станкостроитель-
ный завод
То же
Полуавтомат
Для скоростного шли-
фования
Особо высокой точности
Полуавтомат
Особо высокой точности
для шлифования торцем круга (см. рис. I, г)
2160 X 1970 X 2300
2709 X 2300 X 2570
2585 X 2310 X 2735
2680 х 2580 х 2570
7,5
15.0
15,0
11,0
55,0 2800 X 1635 X 2565 Воронежский
30.0 2800 X 2500 X 2585 станкостроитель- ный завод То же
Полуавтомат
Круглый стол выдвиж-
ной
тепловых деформаций вне станка, а также тщательной баланси-
ровкой всех вращающихся деталей. При шлифовании торцем кру-
га точность шлифования составляет 15—20 мкм, параметр шеро-
ховатости Ra — 0,32 Ч- 0,16 мкм.
Производительность плоскошлифовальных станков определя-
ется главным образом размерами шлифовального круга, мощ-
ностью привода вращения и жесткостью технологической систе-
мы. Шлифование периферией кругов большого диаметра (400 мм
и более) и шириной 75—100 мм при мощности привода J5—•
30 кВт обеспечивает достаточно высокую производительность при
сохранении точности и качества обработки. Еще более высокая
производительность достигается на жестких обдирочно-шлифо-
вальных станках, работающих как периферией, так и торцем кру-
га (обычно сегментного) при мощности привода 50—200 кВт. При
этом точность и качество обработанных поверхностей значительно
хуже, чем иа обычных станках.
По степени универсальности различают станки универсаль-
ные, предназначенные в основном для единичного и серийного
производства, полуавтоматы и автоматы — для крупносерийного
и массового производства. Современные тенденции развития уни-
версальных станков направлены иа расширение их технологиче-
ских возможностей, степени универсальности и унификации, т. е,
использования в различных моделях станков одного типа одина-
ковых деталей и узлов. Например, высоким уровнем унификации
характеризуется гамма плоскошлифовальиых станков с прямо-
угольным столом и горизонтальным шпинделем, выпускаемых
Оршанским станкостроительным заводом.
Шлифование мелких и средних заготовок чаще всего произво-
дится периферией круга на одностоечных станках, имеющих го-
ризонтальный консольный шпиндель круга и прямоугольный стол
39
chipmaker.ru
(см. рис. 2, а — в). Если шлифуется открытая плоскость, приме-
няют станки с круглым столом, работающие периферией круга
(см. рнс. 2,г). Крупные заготовки обрабатывают на портальных
плоскошлифовальных станках (см. рис 2, й) и на станках с круг-
лым столом, работающих торцем сегментного круга. Уровень ав-
томатизации наиболее высок при работе на плоскошлнфовальных
станках-автоматах, но эти станки обычно предназначены для об-
работки заготовок одного типа.
Автоматизация универсальных плоскошлифовальных станков
развивается по следующим направлениям: автоматизация правки
и профилирования круга; обеспечение автоматических подач и
программированного съема припуска по заданному рабочему цик-
лу, включающему отключение подачи н отскок круга при дости-
жении заданного размера; применение средств активного кон-
троля размеров заготовки; быстрые перемещения узлов станка
при холостых ходах; вывод стола в зону загрузки; использова-
ние устройств для компенсации износа н правки круга; примене-
ние систем числового программного и адаптивного управления.
Технические характеристики наиболее распространенных мо-
делей плоскошлифовальных станков приведены в табл. 6. Основ-
ными узлами плоскошлифовальных станков являются станина,
шлифовальная бабка со шпинделем круга, стойка для закрепле-
ния и перемещения шлифовальной бабки с кругом в заданное по-
ложение (или две стойки с траверсой у тяжелых портальных
станков), стол, перемещающийся по направляющим станины, ме-
ханизмы подач шлифовальной бабки и стола, гидросистема, си-
стема подачи СОЖ в зону шлифования, электрооборудование и
система управления станком, а также перечисленные выше авто-
матизирующие устройства. Источником вращения круга на совре-
менных станках чаще всего является асинхронный двигатель
трехфазного тока.
6. Плоскошлифовальные станки
с прямоугольным крестовым столом
и горизонтальным шпинделем
Эти станки получили наибольшее распространение в промыш-
ленности. Типичным представителем гаммы является плоскошли-
фовальный станок модели ЗЕ711В-1 Оршанского станкострои-
тельного завода. Он предназначен для шлифования плоских и
сложнопрофильных поверхностей заготовок, закрепленных на зер-
кале стола, магнитной и электромагнитной плитах или в приспо-
соблении. Станок применяют в единичном, мелкосерийном и се-
рийном производстве. На рис. 9 представлен общий вид станка,
расположение основных составных частей станка и органов
.управления и кинематическая схема приведены на рис. 10—12.
Станок состоит из станины 17 (рие. 10) коробчатой формы,
которая является основанием для установки основных узлов
станка: колонны 2 с шлифовальной головкой 1, крестового сто-
ла 11 с суппортом, механизмов перемещений стола и шлифоваль-
ной бабки. Гидростанция 13, система подачи СОЖ в зону шли-
фования 23, электрошкаф 9 и пульт управления 12 расположены
вне станины. Установка для смазки шлифовальной головки рас-
положена за станком.
40
На верхних платпках станины установлена колонна и кре-
пятся направляющие качения для суппорта стола. Одна направ-
ляющая плоская, она воспринимает вертикальные нагрузки, дру-
гая — П-образной формы, воспринимающая вертикальные и гори-
зонтальные нагрузки. Сверху на станине закрепляются пластина
для фиксации суппорта и линейка для отсчета поперечных пере-
мещений. К передней стенке станины крепятся .механизмы верти-
кальной и поперечной подач, а ее внутренняя полость использу-
ется для разводки коммуникаций гидрооборудования и смазки.
Рис. 9. Общин вид стайка модели ЗЕ711В-1
Колонна 2 обеспечивает установку и вертикальное перемеще-
ние шпиндельной головкн по двум направляющим качения, со-
бранным с предварительным натягом (см. рис. 12). Для ограни-
чения подъема шлифовальной головкн и верхней части колонны
установлен микропереключатель, который отключает электродви-
гатель ускоренного перемещения головки при ее предельном
верхнем положении. На боковой стенке колонны 7 закреплена
планка с Т-образным пазом, на которой установлен датчик кон-
троля размера шлифуемой заготовки (рис. 13). Датчик служит
для управления автоматической вертикальной подачей. Он обес-
печивает автоматическое переключение с черновых подач па чи-
стовые, установку желаемого значения чистового припуска и от-
ключение подачи при достижении заданного размера. Фиксация
датчика по высоте производится гайками 10. На шлифовальной
головке 9 установлен кронштейн 5 с микрометрическим упором 6,
воздействующим на упор 4 датчика, связанный с контактами пе-
41
chipmaker.ru
? ? £ ф 0 да sz
42
реключения команд. При шлифовании партии заготовок после
каждой правки шлифовального круга для обеспечения заданного
размера микрометрический упор перемещают вверх на толщину
слоя абразива, снятого при правке. Барабан 3 служит для на-
стройки чистового припуска. При износе шлифовального круга на
25 мм по радиусу микрометрический упор 6 возвращается в ис-
ходное нижнее положение, а электроконтактный датчик переме-
щается вниз по пазу. Для предотвращения поломки датчика при
Рис. 11. Пульт управления стайка модели ЗЕ711В-1:
/ — кнопка «Общий стоп»; 2— кнопка «Пуск шлифовального круга»; 3 —
кнопка «Стоп шлифовального круга»; 4— тумблер «Поперечная подача
вперед—назад»; 5—переключатель «Прерывистая, комбинированная —
непрерывная поперечная подача»; 6 — переключатель «Поперечная пода-
ча автоматическая — ручная»; 7— переключатель «Установка величины
черного! вертикальной подачи»; 8— переключатель «Установка величины
чистовой вертикальной подачи»; 9 — тумблер переключения подач; 10 —
регулятор скоростей пер мощения шлифовальной головки; 11 — переключа-
тель размера детали «Включено — выключено»; 12— тумблер «Шлифо-
вальная головка вверх —вниз»; 13 — тумблер «Вертикальная подача
включена — отключена»; 14 — регулятор установки величины прерывистой
поперечной подачи; 15 — регулятор установки скоростей непрерывной по-
перечной подачн; 16— тумблер «Приспособление включено — отключено»;
17 — тумблер «Электромагнитная плита включена—отключена»; 18—
тумблер «Охлаждение включено — отключено»; 19— кнопка «Стоп гидро-
привода» ; 20 — кнопка «Пуск гидропривода»; 2/ — тумблер «Пуск стола —
загрузка»
перемещении шлифовальной головки из нижнего положения в
верхнее он перемещается вместе с головкой посредством болта 8.
Шпиндель шлифовального круга приводится во вращение от
электродвигатля 4А100 ЧУЗ исп. М301 (Ml) мощностью 4 кВт
через поликлиновую ременную передачу. На стайке модели
ЗЕ711В-1 шпиндель смонтирован на подшипниках качения: в пе-
редней опоре установлен роликоподшипник с коническим отвер-
стием на внутреннем кольце, а в задней опоре — два радиально-
упорных шарикоподшипника. При температурных деформациях
передняя опора может перемещаться в осевом направлении вместе
со шпинделем. На других моделях станков рассматриваемой
гаммы широко используются гидре динамические самоустанавли-
вающиеся подшипники скольжения (модели ЗЕ711ВФ1; ЗЕ711АФ1;
ЗЕ721АФ1-1) со специальным устройством для подачи масла под
давлением, устанавливаемым вие станка. Устройство состоит из
43
chipmaker.ru
г^?^и(ро' Колонна
Chip naker.ru
Vblr !SF
Ы^Еша
[°
Ж^г
Станина
Механизм вертикальной подачи
А-А
Ребуктор вертикально^
б-Б
Механизм ручного перемеще- Стол П
\ ния стола
Суппорт
крестобыи
—Механизм поперечной
z-^. подачи
Й)
Рис. 12. Кинематическая схема станка
модели ЗЕ711В-1
44
бака, лопастного насоса и электродвигателя (привода насоса),
реле контроля потока, фильтра тонкой очистки масла, маслоука-
ёателя, сливной пробки и гибких шлангов, связывающих уста-
новку со шпиндельной головкой. Для заливки в бак рекомен-
дуется применять тщательно отфильтрованное масло марки И-5А.
Рис. 13. Датчик контроля размера заготовки:
/ — индикатор; 2 и 3 — барабаны установки припуска; 4 — упор дат-
чика; 5 — кронштейн; 6 — микрометрический упор; 7 — колонна; 8 —
болт; 9 — шлифовальная головка; 10 — гайки фиксации датчика
На станке модели ЗЕ10А передняя опорная шейка шпинделя
вращается в гидродинамическом подшипнике скольжения, вос-
принимающем только радиальную нагрузку, а задняя установлена
на двух радиально-упорных шарикоподшипниках, воспринимаю-
щих радиальную и осевую нагрузки. Шлифовальный круг уста-
навливается между двумя фланцами и закрепляется винтами. Ба-
лансировка круга производится балансировочными грузиками,
имеющимися в пазу переднего фланца.
Стол стайка модели ЗЕ711В-1 имеет рабочую поверхность с
Т-образными пазами для установки заготовки или приспособления
(см. рис. 12). Продольное и поперечное перемещения стола отно-
45
chipmaker.ru
сительно шлифовального круга осуществляются по направляю-
щим крестового суппорта: верхним продольным (одна V-образ-
ная, другая плоская) и нижним плоским поперечным направляю-
щим. Верхние и нижние направляющие станка модели ЗЕ711В-1
имеют ролики. Между верхними направляющими устанавливается
гидроцилиндр продольного перемещения стола. К нижней поверх-
ности суппорта крепится гайка поперечной подачи, а на передней
стенке — кран продольного реверса. На передней стороне стола
установлены кулачки и упоры продольного реверсирования. Ме-
ханизм поперечной подачи обеспечивает ручное перемещение кре-
стового суппорта со столом, автоматическую непрерывную подачу
с бесступенчатым регулированием скорости, дискретную ступен-
чатую подачу на каждый ход стола и комбинированную подачу
(т.е. непрерывную и ступенчатую на реверсе стола), а также
правку и ускоренные наладочные перемещения.
Все автоматические перемещения производятся от одного
электродвигателя модели ПЯ-250 (М2) с регулируемой частотой
вращения. Команда на электродвигатель подается от бесконтакт-
ного путевого переключателя при продольном реверсе стола.
Скорость подач регулируется бесступенчато от пульта управления.
Движение от электродвигателя через муфту и зубчатые колеса
передается ходовому винту. Грубая ручная подача осуществля-
ется вращением маховика. Для изменения направления попереч-
ного перемещения крестового суппорта со столом имеется меха-
низм поперечного реверса, а для фиксации суппорта — специаль-
ная планка, прижимающая его к станине станка.
Продольное ручное перемещение стола осуществляется с по-
мощью двухступенчатого редуктора, реечного зацепления и махо-
вика. Автоматическое возвратно-поступательное перемещение сто-
ла производится гидроцилиндром.
Механизм вертикальной подачи шлифовальной головки обес-
печивает автоматическую ступенчатую подачу во время реверса
стола или суппорта и ручное перемещение. Автоматическая по-
дача производится шаговым электродвигателем ПЯ-250 (М3) че-
рез зубчатую передачу, карданный вал и редуктор (см. рис. 12);
скорость подачи регулируется углом поворота ротора электродви-
гателя. Грубая ручная подача осуществляется маховиком, тон-
кая — специальной кнопкой, поворачивающей карданный вал
(см. рис. 11).
Подача СОЖ в зону шлифования производится насосом
ПА-45 с подачей 45 л/мин из бака охлаждения, находящегося вне
станины станка (см. поз. 23 на рис. 10). В баке жидкость от-
стаивается, а в магнитном сепараторе очищается от металличе-
ского шлама. Привод сепаратора осуществляется от отдельного
электродвигателя АОЛ11-4-С1. На некоторых моделях станков
(ЗЕ711АФ1, ЗЕ721АФ1-1 и ЗЕ710А) дополнительно установлен
фильтр-транспортер, обеспечивающий более тонкую очистку СОЖ.
Смазка трущихся пар станка производится централизованно мас-
лом Тп-22 (ГОСТ 9972—74) по специальным коммуникациям от
гидростанции, расположенной вне станины. Смазке подлежат все
направляющие станка, а также винты вертикальной и поперечной
подачи. Смазка подшипников зубчатых колес, червяков и муфт в
механизмах производится при сборке (или ремонте) станка на-
бивной консистентной смазкой ЦИАТИМ-202.
46
Ргсэта на плоскошлифовальном станке выполняется в сле-
дующей последовательности (на примере станка ЗЕ711В-1).
1. Изучить чертеж детали или операционный эскиз, получить
необходимую технологическую оснастку, установить на столе стан-
ка магнитную плиту нли другое приспособление.
2. Отбалансировать и установить на шпинделе станка шлифо-
вальный круг, произвести правку круга.
3. Установить и закрепить заготовку на магнитной плите или
в специальном приспособлении. Включение плиты производится
поворотом рукоятки-тумблера 17 в положение «Электромагнит-
ная плита включена» (см. рнс. 11).
4. В зависимости от размеров шлифуемой заготовки устано-
вить кулачки продольного реверса так, чтобы продольный ход
стола был больше длины обрабатываемой поверхности на 80—<
100 мм.
5. Настроить положения сопла подачи СОЖ в зону шлифо-
вания н оградительных щитков стола.
6. Включить привод вращения шлифовального круга кноп-
кой 2 и подачу СОЖ тумблером 18. .
7. Установить прерывистую поперечную подачу регулято-
ром 14.
8. Включить гидропривод кнопкой 20, предварительно уста-
новив рукоятку 14 регулирования скорости стола (см. рис. 10) в
нулевое положение; включить тумблер 21 «Пуск стола — загруз-
ка» в положение «Пуск стола» и поворотом рукоятки регулиро-
вания скорости стола установить требуемую скорость движения.
В случае обработки нескольких одинаковых заготовок остановка
стола в крайнем правом положении для загрузки очередной за-
готовки осуществляется поворотом тумблера 21 в положение «За-
грузка».
9. Установить переключателем 6 автоматическую поперечную
подачу, а переключателем 5 — прерывистую или комбинирован-
ную — непрерывную поперечную подачу; передвижением упоров
установить величину поперечного хода стола (см. рис. 11).
10. При включенной скорости стола подвести шлифовальный
круг к заготовке, пользуясь тумблером 12 «Шлифовальная голов-
ка вниз», в конце хода уменьшить скорость подвода регулято-
ром 10.
11. Выбрать один из трех режимов работы с автоматической
вертикальной подачей; 1) работа с датчиком контроля размера,
когда происходит автоматический переход с черновых подач на
чистовые и отключение подач при достижении заданного размера;
2) только чистовая подача без выхода на размер; 3) только чер-
новая подача без выхода на размер.
12. При работе с датчиком контроля размера установить чер-
новые и чистовые подачи регуляторами 7 и 8 (см. рис. 11); дат-
чик включить тумблером 11. Датчик обеспечивает автоматический
переход с чернового на чистовое шлифование. Чистовой припуск
устанавливается барабанами 2 и 3 (см. рис. 13) в следующей
последовательности: вращая барабан 3, замкнуть верхние кон-
такты датчика, при этом загорится сигнальная лампа 7 «Чисто-
вая подача» (см. рис. 10); перемещая упор датчика 4 (см. рис. 13)
вниз, добиться загорания лампы 8 (см. рис. 10) «Размер готовой
детали», в этом случае вертикальная подача отключается. Путь,
47
chipmaker, ru
пройденный упором датчика 4 (см. рис. 13), является чистовым
припуском и визуально контролируется по индикатору Г, желае-
мый припуск может быть установлен вращением барабана 2 в ту
или иную сторону.
При касании шлифовального круга обрабатываемой поверх-
ности упор датчика 4 подвести к микрометрическому упору 6,
но не до полного соприкосновения. Затем упор 6 подвести к упо-
ру датчика 4 до соприкосновения и вращать микрометрический
винт для загорания сигнальной лампы 8 «Размер готовой детали»
(см. рис. 10), сигнализирующей отключение вертикальной подачи
(срабатывание второго контакта датчика). Поднять шлифоваль-
ную головку вверх и установить обрабатываемую заготовку. По-
сле черновой подачи и воздействия на упор датчика 4 (см. рис. 13)
происходит переключение на чистовую подачу, при этом заго-
рается сигнальная лампа 7 (см. рис. 10) «Чистовая подача».
13. При работе только с черновой или чистовой подачей пе-
реключатель 11 (см. рис. 11) установить в положение «Отключе-
но», а тумблер 9 — в положение «Черновая и чистовая подача».
В этом случае размер заготовки не контролируется и отключе-
ние подачи производится вручную тумблером 13.
14. Увеличить скорость стола до необходимого значения.
Установить регулятором 14 прерывистую подачу или регулято-
ром 15 непрерывную поперечную подачу; включить переключате-
лем 6 поперечную подачу и тумблером 4 задать направление в ту
или иную сторону в зависимости от того, с какой стороны начи-
нается шлифование.
Шлифование следует производить при обильном охлаждении,
применять соответствующие условиям операции характеристики
кругов, своевременно править круг и следить за его сбалансиро-
ванностью.
7. Плоскошлифовальные станки с круглым столом
Плоскошлифовальные станки с круглым вращающимся сто-
лом и вертикальным шпинделем предназначены для шлифования
торцем круга открытых плоскостей заготовок различных конфи-
гураций и применяются главным образом в условиях серийного
и массового производства. Особенностью этих станков является
возможность шлифования сравнительно больших заготовок (диа-
метр стола для установки заготовок равен 400—1250 мм) с боль-
шой производительностью, обеспечиваемой мощным приводом
круга и жесткостью основных узлов станка. Краткая техническая
характеристика отдельных моделей станков приведена в табл. 6.
Кинематическая схема станков с круглым столом и вертикальным
шпинделем приведена на рис. 14.
Станок состоит из станины со стойкой, шпиндельной бабки,
имеющей вертикальное перемещение по направляющим стойки, и
круглого выдвижного стола, имеющего кроме вращательного дви-
жения перемещение по горизонтальным направляющим станины
в рабочее и исходное положения.
Вертикальный шпиндель шлифовального круга насажен на
ротор электродвигателя 4. Шлифовальная бабка с кругом имеет
вертикальное перемещение — ускоренное и рабочее с определен-
ным диапазоном подач. Ускоренное перемещение и замедленный
48
подвод круга осуществляются от электродвигателя постоянного
тока 7 через две зубчатые пары 8 и 3, червячный редуктор по-
дачи 5 на винтовую пару 6.
Автоматическая рабочая подача шпиндельной бабкн происхо-
дит от того же электродвигателя через червячную передачу 11,
цилиндрическую пару 10, червячную пару 9, цилиндрическую зуб-
чатую передачу 3 механизма подач, червячный редуктор 5 по-
дачи на винтовую пару 6.
Ручное перемещение и ручная подача круга осуществляются
вращением маховика 15 через зубчатую пару 16, дозированная
подача производится от специальной рукоятки с собачкой 2 и
храповым колесом.
Вращение электромагнитного стола осуществляется от элек-
тродвигателя 13 через клиноременную передачу 12, шестискорост-
ную коробку скоростей 14, коническую 17 и цилиндрическую 18
пары шестерен. Перемещение каретки стола осуществляется от
электродвигателя 21 через клиноременную передачу 1, червячный
редуктор 20 и рейку 19.
Разновидностью схемы плоского шлифования с круглым вра-
щающимся столом являются двухшпиндельные станки с вертикаль-
ной осью вращения шпинделей круга. Такие станки имеют круг-
лый вращающийся с небольшой скоростью стол, на горизонталь-
ной плоскости которого устанавливаются заготовки, и две шлифо-
вальные бабки с кругами. Шлифование производится глубинным
методом последовательно торцем каждого круга за один оборот
49
chipmaker.ru
стола: основная часть припуска снимается одним кругом, а чи-
стовое шлифование выполняется другим кругом, установленным
ниже первого на величину оставшейся части припуска. Станки
применяют в основном в крупносерийном производстве и легко
встраивают в автоматические линии.
Для более точного шлифования открытых плоскостей при-
меняют станки с круглым столом и горизонтальным шпинделем.
Эти станки шлифуют периферией круга (см. рис. 1,в). Примером
может служить станок модели ЗД740В Липецкого станкострои-
тельного завода с диаметром стола 400 мм и мощностью электро-
двигателя привода круга 10 кВт. Станок состоит нз станины о
вертикальной колонной, круглого стола с вертикальной осью вра-
щения и шлифовальной бабки с вертикальным перемещением, рас-
положенной на колонне. Особенностью конструкции таких стан-
ков является возможность автоматического регулирования часто-
ты вращения и скорости поступательного перемещения стола по
мере приближения шлифовального круга к оси его вращения. Это
дает возможность шлифовать заготовки, расположенные на сто-
ле, с постоянными значениями окружной и радиальной подач,
что увеличивает производительность и улучшает качество обра-
ботки.
На рис. 15 представлена кинематическая схема плоскошлифо-
вального станка с круглым столом и горизонтальным шпинделем.
Вращение стола 5 с заготовками осуществляется от двигателя
постоянного тока 24 через шарнирный четырехзвеиник 25 с кли-
ноременной-передачей и редуктор 1. С помощью натяжного ро-
лика 23 производится компенсация изменения межцентрового рас-
стояния клиноременчой передачи 22, непосредственно передающей
вращение столу. Горизонтальное перемещение стола производится
с помощью гидроцилиндра 21.
Скорость вращения стола согласована с горизонтальным пе-
ремещением и регулируется тиристорным приводом от копира
.через сельсин, что дает возможность выдержать постоянной про-
дольную подачу. Вращение шлифовального круга 6 осуществля-
ется от электродвигателя переменного тока 4 плоским ремнем 2,
натяжение которого обеспечивается натяжным роликом 3.
Вертикальное перемещение шлифовальной бабки с кругом
осуществляется через винтовую 7 и червячную 10 пары. Вал чер-
вяка приводится ьи вращение от электродвигателя ускоренных
перемещений 9 с помощью зубчатой передачи. Ручное перемеще-
ние передается на вал червяка через храповик 16, зубчатую муф-
ггу и вал 8 с коническими шестернями 11, 12, 13, 17. На валу
храповика закреплен маховик 15 с лимбом 14. На станке имеется
ручной привод виит-гайка, закрепленный в люльке стола и осу-
ществляющий его наклон.
Для правки круга горизонтальное перемещение алмазного
карандаша осуществляется ходом салазок; вертикальное переме-
щение— вручную через червячную передачу 19 на винт 18, к ко-
торому крепится державка алмазного карандаша, или от электро-
двигателя 20 с помощью кнопочного управления.
В массовом производстве применяют специальные станки-
автоматы, предназначенные для выполнения одной или несколь-
ких однотипных операций. К таким станкам в первую очередь
относятся двухкруговые станки для одновременного шлифования
60
двух торцев заготовок типа колец, роликов, плашек, поршневых
пальцев и т. и. Станки бывают с разными компоновками: с вер-
тикально и горизонтально расположенными осями вращающихся
шлифовальных кругов. Между кругами расположен барабан с
установленными на нем заготовками. Шлифование осуществляет-
ся за один оборот барабана, при этом обеспечиваются жесткие
Рис. 15. Кинематическая схема плоскошлифовалъ юго станка с круглым
столом и горизонтальным шпинделем
требования к параллельности шлифуемых торцев. Правка кругов
и их установка в заданное положение осуществляются автомати-
чески, станки легко встраиваются в автоматические линии.
8. Типовые испытания
и регулирование плоскошлифовальных станков
Точность и качество обработки заготовок на плоскошлифо-
вальных станках зависят от состояния станка: правильности его
установки, точности, жесткости и виброустойчивости, качествен-
ного выполнения всех регулировочных работ. Проверка станка
51
chipmaker.ru
на точность, определение его жесткости и виброустойчивости про-
изводятся по определенным стандартным схемам. Большая часть
проверочных работ для определения точности и жесткости станка
выполняется с помощью простейших приспособлений и приборов
Хпроверочной линейки, индикаторной стойки, измерительных щу-
пов, уровней, оправок, пружинных динамометров и т. д.).
Тепловые деформации плоскошлифовальных станков. Стати-
ческие испытания станка на точность выполняют в нерабочем со-
стоянии относительно станины. Динамические испытания на точ-
ность производят путем шлифования образца с заданными усло-
виями и последующего измерения параметров точности и шеро-
ховатости обработанной поверхности. Испытания производятся
при нормальной температуре (+20°C), причем колебания темпе-
ратуры для станков класса С не должны превышать ±0,5 °C,
для станков классов А и В — ±1°С; для станков класса П —
±2 °C. Цифровые значения оцениваемых параметров точности
для любых соседних классов точности отличаются в 1,6 раза.
Статические испытания плоскошлифовального станка с пря-
моугольным крестовым столом и горизонтальным шпинделем
включают следующие работы.
1. Проверка отклонений от плоскостности рабочей поверхно-
сти стола. Проверочную линейку устанавливают на рабочей по-
верхности стола на регулируемых опорах, так чтобы расстояние
от поверхности стола до верхней плоскости на концах линейки
было одинаковым. Измерение расстояний от поверхности стола
до плоскости линейки производится с помощью индикаторной
стойки (или другого заменяющего измерительного прибора).
Перемещение индикаторной стойки по поверхности стела
вдоль всей линейки позволяет определить отклонение поверхности
стола от плоскостности. Измерения производят в трех продоль-
ных и трех поперечных направлениях в плоскости стола и опре-
деляют отклонение стрелки индикатора от наименьшего до наи-
большего размера. Отклонение не должно превышать 5 мкм и
4 мкм в продольном и поперечном направлениях соответственно
для станка модели ЗЕ711В-1.
2. Проверка отклонений от прямолинейности продольного и
поперечного перемещений стола в горизонтальной и вертикальной
плоскостях. Измерения производятся индикатором относительно
шлифовальной головки. На столе устанавливают проверочную ли-
нейку вдоль или поперек стола и перемещают стол на всю длину
его рабочей поверхности, измеряя при этом индикатором откло-
нения от прямолинейности перемещения. Для станка модели
ЗЕ711В-1 допускаемые отклонения для продольного и поперечно-
го перемещений составляют соответственно 4 и 3 мкм.
3. Проверка постоянства положения стола в плоскости, пер-
пендикулярной к направлению его перемещения. В средней части
рабочей поверхности стола устанавливают уровень, стол переме-
щают на длину его рабочей поверхности в продольном и попе-
речном направлениях и измеряют наибольшее и наименьшее зна-
чения показаний уровня. Эти значения для станка модели
ЗЕ711В-1 не должны превышать 0,02 в продольном и 0,01 в по-
перечном направлении.
4, Проверка отклонений от параллельности боковых сторон
среднего Т-образного паза стола траектории продольного перё-
Б2
мещения стола. Измерение производят индикатором, закреплен-
ным на шлифовальной головке при перемещении стола в продоль-
ном направлении на длину его рабочей поверхности. Наибольшая
разность в измерениях не должна превышать 4 мкм для каждой
боковой стороны паза.
5. Проверка радиального и осевого биения шпинделя шлифо-
вального круга. Для проверки радиального биения наконечник
Рис. 16. Схемы проверки стайка на точность: а — отклонений от парал-
лельности оси шпинделя траектории поперечного пермещеиня стола в
вертикальной плоскости; б — отклонений от перпендикулярности оси
вращения шпинделя к направлению продольного перемещения стола;
в — отклонений от перпендикулярности направления вертикального пере-
мещения шлифовальной головки к направлению поперечной подачи
стола; г — точности подачи длин малых вертикальных перемещений
шлифовальной головки и поперечных перемещений стола
индикатора должен быть установлен перпендикулярно к поверх-
ности базового конуса на шпинделе круга. Биение шпинделя
определяют при его повороте. Для проверки осевого биения пло-
ский измерительный наконечник индикатора должен быть уста-
новлен вдоль оси шпинделя и касаться шарика, вставленного в
центровое отверстие шпинделя. Для станка модели ЗЕ711В-1
допускается предельное радиальное и осевое биение 3 мкм.
6. Проверка отклонений от параллельности оси шпинделя
траектории поперечного перемещения стола в вертикальной пло-
скости (рис. 16,а). На шпинделе 1 шлифовальной головки за-
крепляют цилиндрическую контрольную оправку 2, а на рабочую
63
chipmaker.ru
поверхность стола 4 ставят индикаторную стойку, так чтобы на«
конечник индикатора 3 касался цилиндрической части оправки и
был перпендикулярен к ней в плоскости измерения. Затем пере-
мещают стол в поперечном направлении на длину L = 150 мм и
измеряют отклонение от параллельности. Повернув шпиндель с
оправкой на 180°, повторяют измерение. Измерения выполняют
в двух крайних положениях шлифовальной головки по высоте.
Окончательное значение отклонения от параллельности опре-
деляют как полусумму двух наибольших измерений, выполненных
при повороте шпинделя на 180°. Предельное значение для станка
модели ЗЕ711В-1 равно 5 мкм.
7. Проверка отклонений от перпендикулярности оси вращения
шпинделя к направлению продольного перемещения стола
(рис. 16,6). Стол 5 устанавливают в среднее положение в про-
дольном и поперечном направлениях. Посередине стола на опо-
рах 10 в продольном направлении устанавливают поверочную ли-
нейку 6, так чтобы показания индикатора 7 на ее концах были
одинаковыми. На шпинделе 9 закрепляют коленчатую оправку 8
с индикатором и устанавливают его наконечник перпендикулярно
к боковой поверхности линейки. Измерения выполняют в крайних
положениях шлифовальной головки по высоте. Отклонение от
перпендикулярности определяют как наибольшую разность пока-
заний индикатора в точках Б и Г. Для станка модели ЗЕ711В-1
допустимое отклонение не более 5 мкм.
8. Проверка отклонений от перпендикулярности направления
вертикального перемещения шлифовальной головки к направле-
нию поперечной подачи стола (рис. 16, в) Угольник 12 устанав-
ливается на столе 13 на двух регулируемых опорах 14, так чтобы
его нижняя сторона была пареллельна поперечной подаче стола.
Индикатор 15 закрепляют на шлифовальной головке 11 перпен-
дикулярно к вертикальной плоскости угольника. Шлифовальную
головку перемещают вертикально на расстояние L = 300 мм и
снимают показания индикатора. Отклонение от перпендикуляр-
ности для станка модели -ЗЕ711В-1 не должно превышать
8 мкм.
9. Проверка точности подачи длин малых вертикальных пе-
ремещачий шлифовальной головки и поперечных перемещений
стола (рис. 16, г). Измерения производят индикатором 18, уста-
новленным на столе 17 — для проверки вертикальных перемеще-
ний и индикатором 19 на станине — лая проверки поперечных пе-
ремещений. При каждом измерении перемещения производят не
менее 10 раз в двух крайних и среднем положениях шлифоваль-
ной головки 16 (или стола). Погрешность перемещения опреде-
ляют как разность номинальных и фактических перемещений.
Так, при вертикальном перемещении шлифовальной бабки станка
модели ЗЕ711В-1 иа 2 мкм погрешность не должна превышать
1 мкм, а пои поперечном перемещении стола на 10 мкм—3 мкм.
Динамические испытания станка на точность производят при
шлифовании образца из стали или чугуна с определенным чисто-
вым режимом. Размеры образца: длина составляет 0,6 длины
стола; ширина — 0,6 наибольшей ширины устанавливаемой на
станке заготовки; высота — 0,25 наибольшей высоты устанавли-
ваемой на стайке заготовки. Плоскости образца должны быть
предварительно отшлифованы.
64
После шлифования образец проверяют на плоскостность шли-
фованной поверхности и ее параллельность основанию (базовой
плоскости). Допуск на плоскостность и параллельность в про-
дольном н поперечном направлениях составляет 3 мкм. При этом
параметр шероховатости шлифованной поверхности Ra не должен
превышать 0,08 мкм.
Проверка жесткости плоскошлифовального станка. В процес-
се шлифования под действием сил резания происходит упругая
деформация технологической системы станка, в результате кото-
рой круг и заготовка отжимаются друг от друга и происходит
нарушение требуемой формы и размера заготовки. На плоско-
шлифовальном станке при обработке жестких заготовок на маг-
нитных плитах значение этой деформации определяется жест-
костью станка. Под жесткостью принято понимать способность
системы оказывать сопротивление приложенной нагрузке. Жест-
кость станка — это отношение радиальной составляющей силы
резания к деформации, вызванной действием этой силы в том
же направлении. Жесткость плоскошлифовального станка зависит
главным образом от жесткости подвижных соединений шпиндель-
ного узла и стола с крестовым суппортом. От жесткости станка
зависит интенсивность вибраций в зоне шлифования, а значит, и
качество обработанной поверхности (степень шероховатости, вол-
нистость, полоски прижогов и т. д.). Вредное влияние вибраций
сказывается и на износе шлифовального круга: под действием
радиальных колебаний происходит неравномерный износ круга,
на его рабочей поверхности появляются волны, которые со вре-
менем увеличиваются и еще больше «раскачивают» систему. Для
ограничения роста волнистости на круге и шлифованной поверх-
ности приходится чаще править круг.
Для определения жесткости станка необходимо знать дей-
ствующую радиальную силу резания и упругие перемещения, вы-
званные этой силой. При проверке плоскошлифовальных станков
принят статический метод определения жесткости. На шпинделе
станка закрепляют оправку с фланцем диаметром 200 мм (для
станка модели ЗЕ711В-1) и с помощью специального динамо-
метра нагружают силой, проходящей черз центр оправки под
углом 20° к вертикали, реакция силы направлена на стол станка.
Суммарные упругие перемещения между столом и оправкой изме-
ряют индикатором. При силе, равной 392 Н, упругое перемещение
не должно превышать 50 мкм.
Тепловые деформации плоскошлифовальных станков. На точ-
ность обработки заготовок оказывает влияние неравномерный на-
грев отдельных узлов и деталей станка, приспособления или за-
готовки. Если все узлы станка будут нагреты равномерно до
определенной температуры, то погрешности от температурных
деформаций будут небольшими.
Наиболее опасным является местный нагрев одного или не-
скольких узлов станка, приводящий к увеличению размеров де-
талей узла и нарушению положения этого узла относительно
других узлов и деталей станка. Основные источники нагрева
станка разделяются на внешние (температура окружающего воз-
духа и ее изменение в течение суток, действие солнечных лучей,
отопительных устройств) и внутренние (от электродвигателей,
насосов гидравлической системы, трения в подшипниках и от са-
Б5
chipmaker.ru
мого процесса шлифования). Изменение температуры масла, пода-
ваемого к узлам станка (к подшипникам шпинделя н направляю-
щим), приводит к нагреву и смещению этих узлов относительно
заданного положения и к возникновению погрешностей обработки.
Эта причина чаще всего является определяющей в оценке тепло-
вых деформаций станка. Изменение положения оси шлифовально-
го шпинделя, вызванного нагревом масла, и углового смещения
стойки шлифовальной головки, а также неравномерный нагрев
стола н станины от подаваемого к направляющим нагретого масла
приводят к наибольшим погрешностям обрабатываемых заготовок.
Обычно наибольшие смещения узлов станка происходят в на-
чале работы при включении всех электродвигателей и насосов
гидравлики. Затем по мере прогрева наступает тепловое равно-
весие между узлами станка и внешней средой и тепловые дефор-
мации исчезают. Время прогрева и выхода на стационарный ре-
жим работы обычно составляет от одного до двух часов. Если
в это время обрабатывается партия заготовок на настроенном
станке, то размеры заготовок будут различными от воздействия
тепловых деформаций узлов станка. Следует также учесть, что
прогрев масла, подаваемого в направляющие прямоугольного
стола, приводит к его более плавному и равномерному ходу. По
этим причинам наиболее точное шлифование лучше производить
после одного-двух часов работы станка.
Существуют следующие способы снижения тепловых дефор-
маций:
вынесение источников тепла вне станка (гидравлической си-
стемы, устройства для подачи СОЖ в зону шлифования, электро-
двигателей) ;
выравнивание температурных полей станины и стойки путем
искусственного подогрева
введение тепловых компенсаторов;
проектирование термоконстантных цехов, обеспечивающих по-
стоянство температуры в пределах +0,5 °C;
реализация всех известных методов снижения контактной тем-
пературы в зоне шлифования.
В организациях, проектирующих и изготовляющих плоско-
шлифовальные станки, существуют типовые методики и схемы из-
мерения тепловых деформаций узлов станка.
Установка плоскошлифовального станка производится на спе-
циальный бетонный фундамент, изолированный с боковых сторон
специальным виброизолирующим материалом. Станок ставится на
регулируемых виброизолирующих опорах (башмаках) и выве-
ряется по уровню с точностью 10—20 мкм на 1000 мм длины.
Желательно, чтобы рядом со станком не было механизмов, вы-
зывающих вибрации, а также источников тепла; помещение долж-
но иметь постоянную температуру (18—20 °C с суточными коле-
баниями не более +2 °C).
Перед пуском станка его необходимо заземлить, подключить
к электросети, проверить действие всех рукояток и кнопок, меха-
низмов ручного перемещения узлов, правильность направления
вращения шпинделя круга и всех электродвигателей, наличие
масла в маслоуказателях. Затем следует опробовать действие
всех механизмов на холостом ходу и приступить к настройке
станка для работы.
56
Регулирование станка должен производить опытный слесарь,
хорошо знающий особенности конструкции н работу станка. Для
плоскошлифовальных станков с горизонтальным шпинделем и
прямоугольным столом при регулировании необходимо выпол-
нить следующие работы.
1. Регулирование зазоров в подшипниках шпинделя шлифо-
вального округа производится при увеличении уровня вибраций,
появлении дробления и увеличении высоты шероховатости на
шлифованной поверхности.
Если шпиндель установлен на подшипниках качения, то регу-
лировать зазор обычно не требуется, так как подшипники уста-
навливаются заводом-изготовителем с предварительным натягом.
При нарушении регулирования или выходе из строя подшипника
следует разобрать шпиндельный узел, подобрать в случае необ-
ходимости новые подшипники и собрать с натягом наружного
кольца подшипника в передней опоре 0—5 мкм; при этом обес-
печить натяг в подшипнике 1—3 мкм деформацией (растяжением)
внутреннего кольца подшипника, устанавливаемого на конусную
поверхность. Упругое растяжение внутреннего кольца произво-
дится подшлифовкой дистанционных полуколец, в которые упи-
рается торец внутреннего кольца. Подшипники задней опоры под-
бираются с одинаковыми по значению биениями наружных и
внутренних колец. Разница в биении комплекта подшипников не
должна превышать 2 мкм. При установке наружных колец под-
шипников во фланец сопряжение должно быть в пределах от
зазора 2 мкм до натяга 2 мкм, а при установке внутренних колец
на шпиндель зазор должен находиться в пределах 2—6 мкм, при
этом компенсационное кольцо подгоняется натягом 5—10 мкм.
После сборки полости подшипников качения заполняются смазкой
ВНИИ НП-223 или ВНИИТ НП-228 (ГОСТ 12030—66). Собран-
ный шпиндель должен вращаться от руки легко и бесшумно.
Шпиндель следует обкатать на холостом ходу в течение 30—
60 мин. При этом нагрев наружной поверхности корпуса салазок
шлифовальной головки не должен превышать 30 °C. Завод-изго-
товитель гарантирует мощность холостого хода для станков мо-
делей ЗЕ711В и ЗЕ711В-1 не более 1,5 кВт, для станка модели
ЗЕ710А—1,2 кВт и для станков моделей ЗЕ721ВФ-1 и
ЗЕ721В-1 — 3 кВт. Для станков, у которых шпиндель круга уста-
новлен на подшипники скольжения (модели ЗЕ711ВФ1, ЗЕ711АФ1,
ЗЕ721АФ1-1), в нагретом состоянии нормальным является зазор
10—20 мкм (люфт подшипника проверяется по концу шпинделя —
его конусной части — индикатором, установленным на столе стан-
ка). Обычно регулирование зазора производится перемещением
верхнего вкладыша подшипника путем подшлифовки компенса-
торов.
2. Регулирование зазора в направляющих стола станка про-
изводится для левой поперечной направляющей перемещением
клина до натяга 3—8 мкм.
3. Регулирование натяжения ремня привода шлифовального
круга производится специальным винтом, установленным на крон-
штейне электродвигателя. Проверка натяжения ремня произво-
дится нагружением свободной ветви ремня посередине между
шкивами и измерением стрелы прогиба. При этом нормируется
усилие натяжения при заданной стреле прогиба. Так, для станков
67
моделей ЗЕ711В-1, ЗЕ711В, ЗЕ711ВФ1 и ЗЕ711АФ1 при стреле
прогиба 5,85 мм усилие натяжения должно быть равно 60 Н.
После регулирования необходимо следить за натяжением ремня
в течение первых 48 часов работы круга.
4. Регулирование сопла подачи СОЖ и защитного щитка
производится специальными винтами таким образом, чтобы и
сопло, и щиток были чуть выше образующей шлифовального
круга. По мере износа круга необходимо изменять высоту регу-
лирования.
Кроме указанных работ, необходимо выпустить воздух из
полостей гидроцилнндра привода стола поочередным открыва-
нием специальных винтов для слнва масла, а также отрегулиро-
вать интенсивность торможения гидроцилнндра в крайних точках
хода стола поворотом специальных дросселей и симметричность
реверса разворотом рычага реверса (см. рис. 10 и 11).
Для предотвращения преждевременного износа трущихся де-
талей станка и сохранения первоначальной точности и качества
обработки необходим правильный уход за станком и прежде все-
го его смазка.
Смазка подшипников скольжения шпинделя шлифовального
круга требует применения маловязких масел с принудительной
подачей от специальной масляной системы. В масляную систему
входят бак, лопастной насос с электродвигателем, устройства для
грубой и тонкой очистки масла, воздушные фильтры для очистки
воздуха над маслом и контрольно-регулнрующая аппаратура.
Если шпиндель шлифовального круга установлен на подшипниках
качения, то подшипники смазываются специальной консистентной
смазкой при сборке узла или ремонте.
Смазка всех направляющих станка, а также ходовых винтов
механизмов подач осуществляется автоматически во время рабо-
ты станка (непрерывно) от единой гидросистемы.
Смазка зубчатых и червячных соединений, муфт, подшипни-
ков механизмов подач осуществляется при сборке этих механиз-
мов консистентной смазкой.
Указания по смазке узлов плоскошлифовальных станков при-
ведены в табл. 7.
Приведем некоторые общие рекомендации по уходу за стан-
ком. Перед началом работы необходимо вытереть стол, направ-
ляющие стола и стойки, следить, чтобы на них не оставались
стружки, абразивная пыль, не было забонн; при установке маг-
нитной плнты илн другого приспособления тщательно протереть
базовые поверхности и проверить их взаимное прилегание; про-
верить исправность работы механизмов станка; проверить по
маслоуказателям наличие масла во всех узлах станка; прогреть
гидросистему станка на холостом ходу: после первоначальной
правки круга удалить абразивную пыль со станка, и особенно с
рабочей поверхности и направляющих стола.
Во время работы необходимо следить за надежностью уста-
новки н закрепления заготовки; удалять отходы шлифования; не
устанавливать инструменты н другие детали на направляющие
станка; следить за температурой подшипников шпинделя круга и
другими индикаторными приборами; в случае резкого неожидан-
ного увеличения глубины шлифования остановить сначала пода-
чи, а затем отвести крут, не останавливая его вращения.
58
Таблица 7. Рекомендации по смазке узлов
плоскошлифовальных станков
Узел станка, подвергаемый смазке Смазочный материал Периодичность смены масла
Подшипники скольже- ния шпинделя шлифо- вального круга И-5А (ГОСТ 20199—75) Два раза в год
Подшипники качения шпинделя шлифоваль- ного круга ОКБ-122-7 (ГОСТ 18179—72), ВНИИ НП-223 или НП-228 (ГОСТ 12030—66) При сборке и ре- монте
Направляющие стола суппорта, колонны и ходовых винтов, механизмов подач Тп-22 (ГОСТ 9972—74) Одни раз в год
Зубчатые и червячные передачи, муфты и их подшипники в меха- низмах подач ЦИАТИМ-202 (ГОСТ 11110—75) При сборке и ре- монте
После окончания работы следует вращением круга освобо-
дить его поры н поверхности от СОЖ; очистить поверхность
станка от шлама и стружкн; протереть все направляющие станка
и вновь смазать нх; отключить все механизмы станка и местное
освещение.
9. Технологическая оснастка для плоскошлифовальных станков
К технологической оснастке относятся различные приспособ-
ления для установки и закрепления заготовок на столе станка,
делительные устройства для поворота заготовки в нужное поло-
жение прн шлпфоваини нескольких поверхностей, приспособления
для балансировки и правки шлифовального круга, контрольно-
измерительные устройства, необходимые для выполнения шлифо-
вальной операции.
Технологическая оснастка должна обеспечивать быстрое и
качественное выполнение всех рабочих приемов шлифовальной опе-
рации. В зависимости от типа производства применяют универ-
сальную (при единичном и мелкосерийном производстве) или
специальную (при серийном н массовом производстве) оснастку.
Основным требованием к универсальной оснастке является воз-
можность быстрой переналадки станка на шлифование различных
заготовок, а специальная оснастка должна обеспечивать мини-
мальные затраты времени на установку заготовки, ее измерение,,
балансировку и правку круга.
69
chipmaker.ru
Установку и закрепление заготовки можно производить не'
посредственно на столе станка с помощью прижимных планок,
однако такой метод требует больших затрат времени. Из унн'
нереальных приспособлений чаще всего применяют электромаг'
нитные плиты и тиски.
Закрепление заготовок на электромагнитной плите основано
на следующем принципе. Подковообразный железный сердечник с
обмоткой намагничивают, пропуская через его обмотку постоян'
Рис. 17. Магнитная плита: а —общий
вид; б — положение магнитов н дейст-
вие магнитного потока при закреплении
заготовки; в— положение магнитов и
действие магнитного потока при уста-
новке и снятии заготовки;
1, 2 — Железные пластины; 3 — немаг-
нитные прослойки между пластинами;
4 — магниты; 5 — заготовка
ный ток. Такой сердечник
способен притягивать к себе
стальные н чугунные заго-
товки и обеспечивать их за-
крепление магнитными сила-
ми. Электромагнитная плнта
представляет собой группу
подковообразных сердечни-
ков, полюса которых выве-
дены на ее верхнюю рабо-
чую плоскость и изолирова-
ны друг от друга немагнит-
ными сплавами (цинком,
баббитом и др.), благодаря
чему магнитные силы не
рассеиваются в плите, а на-
правляются непосредственно
на заготовку. Электромаг-
нитная плита может закреп-
лять заготовки из магнит-
ных металлов при условии
достаточно большой площа-
ди контакта Различные кон-
струкции н размеры элек-
тромагинтных плит обеспе-
чивают закрепление разных
заготовок. Для питания плит
постоянным током приме-
няют генераторы, преобра-
зующие переменный ток сети
в постоянный, которыми ос-
нащают плоскошлифоваль-
ные станки.
Кроме электромагнитных плит, на плоскошлифовальных
станках применяют магнитные плиты (рис. 17), состоящие из на-
бора постоянных магнитов и не требующие применения специаль-
ных генераторов н выпрямителей. Однако сила притяжения маг-
нитными плитами слабее по сравнению с электромагнитными.
В качестве вспомогательных элементов при установке заготовок
на электромагнитных плитах используют различные угольники,
призмы, планки и синусные лннейкн. Рабочие плоскости (зеркало)
электромагнитных и магнитных плит следует периодически пере-
шлифовывать на самом станке во включенном состоянии.
Лекальные тиски (рис. 18) отличаются от обычных машин-
ных тисков точностью изготовления и возможностью их установ-
ки на боковые поверхности. Неподвижная губка тисков состав.
60
ляет единое целое с основанием 1. В основании имеются пазы
для перемещения подвижной губки 2 винтом 3. Основание имеет
резьбовые отверстия для крепления тисков к различным приспо-
резьбовые отверстия для
собленням. Все плоско-
сти тисков обработаны
под углом 90° и могут
быть использованы в ка-
честве установочных.
Для установки заго-
товок в центрах при шли-
фовании на ллоскошли-
фовальных станках с пря-
момоугольным столом н
горизонтальным шпинде-
лем применяют универ-
сальные приспособления,
показанные на рис. 19.
Приспособление состоит
из массивной плиты 4,
на которой установлены
две стойки 2 и 5 со сре-
занными центрами 1.
Стойки закрепляются в
заданном положении
мощью рукоятки 3.
Для установки заготовок на столе станка с наклоном
фуемой поверхности под разными углами широко применяют си-
нусные приспособления (рнс. 20, а, б) в сочетании с угольниками.
Рис. 18. Лекальные тиски
ка
плите эксцентриковым зажимом
с по-
шли-
центровыми приспособлениями и другими устройствами. Необхо-
димый угол задается с помощью мерных плиток и роликов.
Для правки шлифовального круга алмазным карандашом при-
меняют различные по своему назначению и сложности приспособ-
ления. Для правки периферии и торца круга иа станках с прямо-
угольным столом применяют державки различных конструкций
61
chipmaker.ru
Рис. 20. Синусные приспособления: а—поворотный синусный столик; (Г—
прецизионные синусные тиски
Рис. 21. Приспособления для правки шлифовальных кругов
62
^рнс. 21,0,6). Державка, изображенная на рис. 21, о, состоит из
корпуса 5, алмазодержателя 1 и алмазного карандаша 2. Кре-
пится державка болтом 4 на столе станка в Т-образном пазу
или на электромагнитной плите. Поворотом рукоятки 3 произво-
дится фиксация алмазодержателя в нужном положении. На
рис. 21,6, в представлено приспособление для угловой правки
круга, обеспечивающее различную его форму. Угловая правка
производится двумя алмазными карандашами, установленными в
алмазодержателях под заданным углом. Подача алмазодержате-
лей производится механически от специального электропривода.
Глава 3
ТЕХНОЛОГИЯ ПЛОСКОГО ШЛИФОВАНИЯ
И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЕГО РАЗВИТИЯ
10. Основные понятия о технологическом процессе.
Нормирование шлифовальной операции
Операции плоского шлифования являются частью технологи-
ческого процесса изготовления деталей машин. Для квалифици-
рованного выполнения этих операций необходимо знать струк-
туру производственного процесса изготовления изделий на пред-
приятии, особенности проектирования технологического процесса
и нормирования отдельных операций, а также правила оформле-
ния технологической документации.
Производственный процесс представляет собой совокупность
всех действий людей, в результате которых исходные материалы
и полуфабрикаты превращаются в готовое изделие. В машино-
строении производственный процесс включает в себя подготовку
средств производства и организацию обслуживания рабочих мест;
получение и хранение материалов и полуфабрикатов; все стадии
изготовления деталей машии, сборку, контроль, испытание и
транспортировку изделий, а также все остальные действия, свя-
занные с изготовлением продукции завода.
Технологическим процессом называется часть производствен-
ного процесса, связанная с изменением формы, размеров и
свойств материала заготовки или полуфабриката. Иначе говоря,
технологический процесс предусматривает последовательное пре-
вращение заготовок в готовые детали, а деталей — в готовое из-
делие. Различают технологические процессы изготовления исход-
ных заготовок, термической, механической (и другой) обработки
заготовок, сборки узлов и изделия в целом.
Изготовление исходных заготовок происходит в технологиче-
ских процессах литья, обработки давлением, сварки, резки про-
ката и т. п. В процессах термической обработки происходит из-
менение свойств материала заготовки. В процессе механической
обработки осуществляется последовательное превращение заго-
товки в готовую деталь на металлорежущих станках путем сня-
63
chipmaker.ru
тия лишнего припуска и получения формы, размеров и техниче-
скнх требований, указанных в чертеже детали. Технологический
процесс сборки связан с образованием отдельных узлов н изде-
лия в целом.
В технологический процесс включается ряд дополнительных
действий, без которых невозможно изготовление изделия и его
деталей: контроль заготовок, транспортировка, установка в ра-
бочее положение, маркировка, испытания и т. д.
Технологический процесс состоит из последовательного ряда
технологических операций. Содержание и последовательность вы-
полнения операций является основной задачей разработки техно-
логического процесса, определяющей его целесообразность н эко-
номичность.
Операция — это законченная часть технологического процес-
са, выполняемая на одном рабочем месте. Применительно к обра-
ботке заготовок на металлорежущих станках операция — это
часть технологического процесса, выполняемая непрерывно иа
одном рабочем месте над одной нлн несколькими одновременно
обрабатываемыми заготовками одним или несколькими рабочими.
Операция включает в себя также различные вспомогательные
действия рабочего, не связанные с изменением формы н размеров
заготовки: установка заготовки, измерение ее размеров, управ-
ление станком. Следовательно, в операцию входят все действия
рабочего с момента поступления заготовки на рабочее место до
момента ее удаления в обработанном состояннн. Операция яв-
ляется основной частью технологического процесса. По ней опре-
деляют трудоемкость технологического процесса, требуемое число
рабочих, загрузку оборудования, планирование производства
и т. д.
Кроме технологических операций, существуют вспомогатель-
ные: контрольные, маркировочные, транспортные, моечные н др.
Уставов — часть операции, выполняемая при одном закреп-
лении заготовки (или нескольких одновременно обрабатываемых
заготовок) в приспособлении, на станке нлн собираемой сбороч-
ной единице. Операция может состоять из одного нлн нескольких
установов.
Технологический переход — законченная часть операции, вы-
полняемая над одной или несколькими поверхностями заготовки
одним или несколькими одновременно работающими инструмен-
тами при неизменном илн автоматически изменяющемся режиме
обработки. Кроме технологического, существует понятие вспомо-
гательного перехода, т. е. установки заготовки, смены инструмен-
та, внутриоперационного измерения заготовки и т. д.
Рабочий ход представляет собой законченную часть техно-
логического перехода, состоящую нз однократного перемещения
инструмента относительно заготовки, сопровождаемого измене-
нием формы, размеров, а также изменением шероховатости по-
верхности илн свойств заготовки. Переходы могут выполняться
последовательно одним инструментом, параллельно инструмен-
тальной наладкой или параллельно-последовательно. Простейшие
операции состоят нз одного технологического перехода, более
сложные — из нескольких или нескольких десятков переходов.
Позиция — это фиксированное положение, занимаемое неиз-
менно закрепленной обрабатываемой заготовкой или собираемой
64
сборочной единицей совместно с приспособлением относительно
инструмента или неподвижной части оборудования для выполне-
ния определенной части операции. Иначе говоря, это каждое из
различных положений заготовки относительно станка при одном
ее закреплении.
Проектирование технологического процесса включает в себя
разработку всех технологических документов (маршрутных и
операционных технологических карт, операционных эскизов), ко-
торые определяют содержание и последовательность выполнения
всех составных частей технологического процесса. Основной зада-
чей при проектировании является разработка такого технологи-
ческого процесса, который обеспечит все требования чертежа де-
тали и потребует наименьших затрат труда и средств производ-
ства.
Проектирование технологического процесса обычно осуще-
ствляется в следующей последовательности:
1) ознакомлеине с чертежом детали, техническими требова-
ниями на ее изготовление, годовой программой, оборудованием
и организационной структурой цехов, где предполагается изго-
товление данной детали;
2) определение типа и органнзационой формы производства;
3) анализ технологичности конструкции детали;
4) определение метода производства исходных заготовок и
требований к ним;
5) составление рационального маршрута обработки детали
по операциям с кратким содержанием каждой операции и пред-
варительного определения схем установки и закрепления заготов-
ки на каждой операции;
6) расчет общих и промежуточных припусков на обработку,
установление технологических, межоперацнонных допусков н пре-
дельных размеров;
7) выбор оборудования, универсальных приспособлений, ре-
жущего н измерительного инструмента;
8) уточнение содержаний операций по переходам, схем уста-
новки и закрепления заготовки (для серийного н массового про-
изводства) ;
9) определение рациональных режимов резания, обеспечиваю-
щих заданные точность и качество и наименьшее время обработ-
ки;
10) разработка заданий и проектирование специальных при-
способлений, режущего и измерительного инструмента;
11) установление норм времени и квалификации исполните-
лей;
12) определение технико-экономических показателей спроек-
тированного технологического процесса и оформление техноло-
гической документации (технологических карт, эскизов и т. д.).
Из нескольких вариантов разработанных технологических
процессов, обеспечивающих все требования чертежа детали, вы-
бирается путем технико-экономического анализа наиболее эконо-
мичный. Проектирование технологического процесса механической
обработки заготовки в значительной мере зависит от организа-
ционной формы и типа производства, годовой программы, имею-
щегося на заводе парка металлорежущих станков, нх техниче-
ского состояния.
65
chipmaker.ru
Различают три основных типа производства: единичное, се-
рийное и массовое.
Единичным называется такой тнп производства, при котором
изделия изготовляют в единичных, редко повторяющихся экзем-
плярах. Например, гидравлические турбины, крупные прокатные
станы, уникальные металлорежущие станки.
Организационная форма производства при единичном произ-
водстве должна быть гибкой, чтобы можно было сравнительно
легко н без больших потерь времени и средств перейти на вы-
пуск нового изделия.
Серийное производство характеризуется периодическим запу-
ском изделий в производство сериями (например, изготовление
станков, газовых турбин, компрессоров, насосов). В зависимости
от количества изделий в каждой серии, их характера и трудоем-
кости изготовления, частоты повторяемости серий различают мел-
косерийное (близкое к единичному), серийное н крупносерийное
(близкое к массовому) производство.
Характерными признаками серийного производства являются
периодический запуск деталей изделия партиями, который позво-
ляет веста обработку партии однотипных или одинаковых заго-
товок на настроенных станках н оправдывает целесообразность
применения быстродействующей специальной оснастки; примене-
ние универсального оборудования, универсальной н специальной
технологической оснастки; возможность использования специали-
зированных, агрегатных и даже специальных станков, но с таким
расчетом и в такой степени, чтобы можно было легко перехо-
дить от изготовления одной партии деталей к изготовлению дру-
гой партии.
Разработка универсальных средств автоматизации н приме-
нение гибких технологических систем позволят значительно по-
высить эффективность работы заводов единичного и серийного
производства.
Массовым называется такой тип производства, при котором
в течение длительного времени изготавливают в большом коли-
честве одинаковые (нлн почти одинаковые) изделия н на каждом
рабочем месте непрерывно выполняется одна н та же операция
(например, заводы, выпускающие автомобили, велосипеды, элек-
тродвигатели, карбюраторы, подшипники качения н т. д.).
Характерными признаками массового производства являются
расстановка оборудования по ходу выполнения технологического
процесса в поточные и автоматические линии; согласованное по
времени выполнение всех деталей изделия, обеспечивающее непре-
рывную сборку; применение высокопроизводительного специаль-
ного оборудования (станков-автоматов, полуавтоматов, агрегат-
ных станков); высокий уровень автоматизации технологических
процессов.
Тип производства может быть определен по коэффициенту
серийности Кс, который характеризует производство по степени
загрузки оборудования, т. е. количеству различных операций, за-
крепленных за одним рабочим местом. Коэффициент серийности
определяется как отношение такта выпуска tB к среднему штуч-
ному времени выполнения характерных операций (£шт. с₽). Такт
выпуска находим по формуле
ta — &)Глт/Ы,
66
где Гд — действительный годовой фонд времени работы станка
в одну смену, час; т — число смен; N — количество деталей од-
ного наименования, подлежащих изготовлению на данном участ-
ке (линии) в год.
В зависимости от значения коэффициента серийности произ-
водство принимают массовым, если Кс < 2, крупносерийным, если
Кс = 2 4- 10, серийным, если Кс = 10 4- 20, н мелкосерийным,
если Кс > 20. Следует отметить, что определение типа произ-
водства для данного предприятия носит несколько условный ха-
рактер: на заводах массового производства существуют участки
и даже целые цехи, работающие по принципу серийного, мелко-
серийного н даже единичного производства, и наоборот. Напри-
мер, на автомобильных заводах имеются цехн, выпускающие не-
большими партиями оснастку (штампы, пресс-формы, специаль-
ный режущий и мерительный инструмент) или даже отдельные
станки для цехов основного производства. На судостроительных
заводах есть участки, работающие по принципу массового произ-
водства (например, участок для изготовления заклепок).
Рассмотрим вопросы технического нормирования шлифоваль-
ной операции. Под технической нормой времени понимают время,
устанавливаемое на выполнение данной операции при определен-
ных благоприятных организационно-технических условиях н наи-
более эффективном использовании всех средств производства с
учетом передового производственного опыта.
При выполнении работ на металлорежущих станках время,
затрачиваемое на выполнение одной операции, называется штуч-
ным временем обработки;
/шт === /о /в + /т -Ь Л>рг -Ь /п-
Основное время обработки to — время, в течение которого
снимается припуск, изменяются размеры, форма н свойства мате-
риала заготовки. Оно рассчитывается исходя нз размеров обра-
батываемой поверхности, снимаемого припуска и режимов ре-
зания.
Так, при шлифовании открытой плоскости перифериен круга
на станке с прямоугольным столом для определения основного
времени длину рабочего хода Lp делят на скорость стола (про-
дольную подачу У„) и умножают на число ходов стола их, необ-
ходимое для снятия одного слоя металла со ьсей поверхности
заготовки. Длина рабочего хода складывается нз длины заготов-
ки и пути на врезание и перебег круга:
Lp — /заг /вр 4“ /пер»
где /вр н /пер — минимальные расстояния, необходимые для пол-
ного прекращения снятия стружки и выхода круга из зоны шли-
фования.
Число ходов стола зависит от ширины заготовки В3аг и по-
перечной подачи S„ стола на каждый его ход
Их == В/ S„.
Для снятия всего припуска Z прн заданной глубине шлифова-
ния t следует сделать Z// проходов и, если необходимо выхажи-
вание, то добавить одни или несколько проходов без подачи на
глубину «вых «14-3.
67
chipmaker.ru
Таким образом, основное время определим по формуле
~ LpB3ar (Z/t + nBux)/(VHSn).
Для других схем шлифования (на станках с круглым столом
периферией илн торцем круга) расчет основного времени прово-
дится аналогично. Например, для схемы шлифования периферией
круга на станке с круглым вращающимся столом
= Lp (Z/t + nBbIx)/Sn,
где LP — путь круга от периферии к центру стола, необходимый
для сошлнфовывания слоя металла со всей обрабатываемой по»
верхности заготовок, мм; S„ — поперечная подача к центру стола,
мм/мин.
При шлифовании торцем круга необходимо рассчитывать
длину рабочего хода Z.P так, чтобы круг полностью выходил из
зоны контакта с заготовкой.
Вспомогательное время /в — время, затрачиваемое рабочим на
установку, закрепление, выверку и снятие заготовки, на холостые
перемещения режущего инструмента или установленной на станке
заготовки, на управление станком (пуск, останов, переключение
скоростей) и на внутрноперацнонные измерения.
Время технического обслуживания рабочего места tT затра-
чивается на подналадку станка, правку (переточку) и смену за-
тупившегося инструмента, удаление стружки.
Время организационного обслуживания рабочего места Z1)pr
затрачивается рабочим на раскладку инструмента и заготовок,
осмотр, чистку и смазывание суанка, его опробование в начале
смены.
Время перерывов на периодический отдых и физические по-
требности рабочего t„ принимается в размере, регламентирован-
ном условиями производства, и вводится в случае физически
тяжелых и утомительных работ.
Сумма основного н вспомогательного времени называется
оперативным временем:
ton — to~i~
а сумма времени технического и организационного обслуживания
составляет время обслуживания:
^обсл = “Ь ^орг-
Обычно при определении нормы штучного времени рассчитывают
основное время, определяют справочные значения вспомогатель-
иогс времени, времени обслуживания <Обсл и время перерывов 1„.
Кроме штучного времени на обработку одной заготовки, опре-
деляют подготовительно-заключительное время Гп=3, затрачивае-
мое рабочим одни раз при обработке всей партии заготовок дан-
ного типоразмера. Окончательные расчеты нормы выработки в
смену, загрузки оборудования, себестоимости продукции выпол-
няют по штучно-калькуляционному времени
^ш-к = ^ит ^п-з/и'
где п — количество заготовок в партии,
68
Нормирование станочых работ производится с помощью спе-
циальных справочников, по приведенным выше формулам нлн по
результатам наблюдений н хронометрирования на рабочем месте.
11. Точность и качество шлифованных поверхностей
Точность обработки — это степень приближения действитель-
ных формы и размера детали (или заготовки) к форме и разме-
ру, указанным на чертеже. Чем меньше разность между дей-
ствительным размером и размером, проставленным на чертеже,
тем выше точность обработки.
При контроле точности обработки различают точность разме-
ров, точность формы и точность взанмнного расположения по-
верхностей детали (заготовки). Отклонения от заданных формы
и размеров при обработке заготовок оцениваются погрешностями
обработки.
Измерение параметров точности обработанных поверхностей
при плоском шлифовании производится универсальными прибора-
ми (микрометрами, пассиметрамн, индикаторными приборами)
нлн специальными скобами, шаблонами и более сложными изме-
рительными приспособлениями при обработке партии заготовок.
Контроль точности производится в соответствии со стандартами
C3L и общесоюзными стандартами на размеры и соединения.
Качество обрабатываемой поверхности характеризуется гео-
метрическими параметрами (шероховатостью и волнистостью) и
структурой и свойствами тонкого поверхностного слоя, образо-
ванного под влиянием рассматриваемого метода обработки (фа-
зовое и структурное состояние металла, наклеп и его микротвер-
дость, остаточные напряжения в поверхностном слое).
Практически почти любой метод обработки путем силового
и теплового воздействий на металл вносит свои искажения в ис-
ходное состояние его поверхностного слоя. Причем после предва-
рительных методов обработки, когда снимается большой при-
пуск и действуют значительные силы резания, эти искажения бо-
лее значительные и распространяются на большую глубину (до
0,5—1,0 мм); после окончательных, финишных методов эти нска-
жтння минимальны.
Таким образом, понятие качества обработанной поверхности
сложное, комплексное, трудно поддающееся полному контролю
при измерении. Технологическая задача получения заданных па-
раметров качества поверхностей ответственных деталей машин
решается во многих случаях с большими затратами времени и
средств производства.
Шероховатость поверхности — это совокупность микронеров-
ностей с относительно малыми шагами, рассматриваемых на опре-
деленной (базовой) длине. По ГОСТ 2789—73 оценка шерохова-
тости производится по трем высотным параметрам (среднему
арифметическому отклонению профиля неровностей Ra, высоте
неровностей Rz и /?тах), двум шаговым параметрам (среднему
шагу неровностей по средней линии Sm и среднему шагу по вер-
шинам S) и относительной опорной длине профиля tp.
На рис. 22 показан участок профиля шероховатости поверх-
ности с обозначениями по ГОСТ 2789—73. Параметр Ra — это
69
chipmaker.ru
среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профи-
ля от средней линии в пределах базовой длины I
I п
Ra = у \у (*) | dx к. £ | yt |.
о i = l
Высота неровностей профиля по десяти точкам R? — это сум-
ма средних арифметических абсолютных отклонений точек пяти
Рис. 22. Участок профиля шероховатости обработанной поверхности
наибольших минимумов н пяти наибольших максимумов профиля
в пределах базовой длины
/ 5 5 .
~ у ' I ^гпах I [ + ' I ^Лп1п i
Между параметрами Ra и R? существует определенное коли-
чественное соотношение, выражаемое следующей зависимостью:
lg Rz = 0,65 + 0,97 1g Ra.
Наибольшая высота неровностей профиля /?тах — это рас-
стояние между линиями выступов профиля н впадин профиля в
пределах базовой длины.
Средний шаг неровностей профиля Sm — это среднее ариф-
метическое значение шага неровностей профиля в пределах ба-
зовой длины, а среднее арифметическое значение шага неровно-
стей профиля по вершинам в пределах- базовой длины называется
средним шагом неровностей профиля по вершинам S.
Относительной опорной длиной профиля tp является отноше-
ние суммы длин отрезков bi в пределах базовой длины, отсекае-
мых на заданном уровне р в материале выступов профиля ли-
нией, эквидистантной средней линии, к базовой длине:
i=l
Примерные соотношения между параметрами шероховатости для
Шлифованных поверхностей приведены в табл. 8,
ТО
Обозначение шероховатости поверхности на чертежах произ-
водится в соответствии с ГОСТ 2309—73:
Параметры
шероховатости
Вид овраСстни и Врущие указания
Базовая длина
Условное обозначение
направления неровностей
777WW777777V№/^^^^
Параметры шероховатости записываются снизу вверх в следую-
щем порядке: параметр Ra без символа; Re, Rmaxy Sm; S И /р.
Например:
0.1
Sm0,063 Полировать
%0В°/' 0,25
Если требуется обозначить только параметры шероховатости, то
применяется один нз трех знаков без полки:
60'
~6^\)
Ъ
Л77Х77/777777777,
Н~(1,5±3)Б
для поверхности, внд обработки которой конструктором не уста-
навливается: —для поверхности, которая должна быть
образована удалением слоя материала (например, точением, фре-
зерованием, сверлением, полированием, травлением); —•
для поверхности, которая должна быть образована без удаления
слоя материала (например, литьем, ковкой, штамповкой, прока-
том, волочением, обкаткой).
Измерение параметра шероховатости поверхности произво-
дится тремя методами: 1) визуально путем сравнения с эталоном,
имеющим известные параметры шероховатости (метод не обла-
дает высокой точностью); 2) оптическим методом с использова-
нием различных микроскопов (МИС-11, микроинтерферометры),
позволяющим определить параметры R-. и /?тах; 3) с помощью
ощупывания иглой имеющей радиус округления 10 мкм (нли
2 мкм); этот метод позволяет определить все высотные и шаго-
вые параметры шероховатости, а также параметр /Р. Наиболее
распространенными ощупывающими приборами являются профн-
лометры-профнлографы завода «Калибр» (моделей 201, 203, 258,
262 и др.). Принцип действия их основан иа том, что алмазная
игла с индуктивным датчиком перемещается вдоль измеряемой
поверхности и ощупывает ее, вертикальные перемещения иглы
(от неровностей поверхности) преобразуются датчиком в элек-
трические сигналы, которые усиливаются, суммируются, подаются
П
chipmaker.ru
на показывающие приборы, протарированные по параметру Ra
(нли другому параметру шероховатости). Приборы имеют при-
ставку для записи профилограммы шероховатости на электро-
графической бумаге. Профнлометр-профнлограф модели 252 позво-
ляет кроме параметра Ra и записи профилограммы определить
параметры Яшах, Sm и tp. Рекомендуемые пределы измерения па-
раметра Ra составляют от 2,5 до 0,02 мкм. Прн измерении менее
шероховатых поверхностей (Ra 0,02 мкм) возникают большие
погрешности (из-за большого радиуса округления иглы и огра-
ниченной чувствительности прибора). Для таких поверхностей
рекомендуется параметры R? и Rma* измерять с помощью интер-
ферометров.
Волнистость поверхности — это повторяющиеся неровности с
относительно большим шагом. Шероховатость и волнистость по-
верхности имеют разное происхождение. Шероховатость — это
следы от режущих (профилирующих) элементов режущего ин-
струмента, а волнистость — это результаты колебаний режущего
инструмента относительно обрабатываемой поверхности в направ-
лении, перпендикулярном к этой поверхности. На образованно
волнистости оказывают влияние колебания технологической си-
стемы станка. От шероховатости волнистость отличается значи-
тельно большим шагом.
Волнистость на плоскости измеряют методом ощупывания С
помощью профилометра-профилографа модели 203 завода «Ка-
либр» с измерительной головкой, имеющей иглу большого радиу-
са округления (10 мм), который позволяет записать волнограмму
в «чистом» виде (без учета шероховатости поверхности).
Оценку фазового состояния, структуры и физико-механиче-
ских свойств поверхностного слоя обработанной заготовки про-
изводят различными методами.
Измерение наклепа и разупрочнения выполняется микротвер-
домером ПМТ-3 путем вдавливания алмазной пирамидки в ис-
следуемую поверхность и измерения получившегося отпечатка —
ромбика с диагоналями, не превышающими несколько десятков
микрометров.
Для измерения микротвердости по сечению образца на ием
делают косой шлиф под углом 1—2°, затем для каждого сечения
производят по 15—25 параллельных замеров.
Под действием высоких контактных температур, возникаю-
щих при шлифовании, на обработанной поверхности могут по-
явиться прижоги и шлифовочные трещины. Прнжоги могут быть
обнаружены путем травления обработанной поверхности. Для
травления применяют водные, спиртовые или ацетоновые раство-
ры азотной кислоты, растворы этиленгликоля и другие составы.
Перед травлением исследуемую поверхность следует обезжирить
водно-щелочным раствором или бензином, после травления про-
мыть. Для выявления трещин применяют крокус или различные
флюоресцирующие вещества.
Кроме того, существуют различные физические методы кон-
троля структуры и фазового состояния металла иа обработанной
поверхности (металлографический и рентгеноструктурный анали-
зы и др.). Остаточные напряжения в поверхностном слое изме-
ряют на специальных образцах путем постепенного стравливания
металла с обработанной поверхности и измерения деформаций об-
72
разца, появившихся от нарушения равновесия в напряженном
состоянии.
Точность обработки при плоском шлифовании. При обработке
на плоскошлифовальном станке кроме выполнения заданых раз-
меров необходимо выдерживать заданные отклонения формы об-
работанной поверхности от плоскостности и прямолинейности, а
также заданное положение обработанной поверхности относитель-
но других поверхностей заготовки (параллельность, перпендику-
лярность обработанной плоскости по отношению к другой пло-
скости, оси н т. д.).
Точность выполнения размеров и формы обработанной по-
верхности определяется точностью станка, способом получения за-
данных размеров, погрешностями предыдущей предварительной
обработки, размерным износом круга, жесткостью и тепловыми
деформациями технологической системы, а также точностью уста-
новки заготовки на станке.
Размеры и форма обработанной поверхности в значительной
мере определяются точностью и плавностью перемещений всех
узлов станка, в результате которых происходит съем припуска
и образуется новая поверхность, а также точностью измеритель-
ных н управляющих устройств станка. Нормы точности плоско-
шлифовальиых станков, а также методы испытаний станков на
точность приведены в п. 8.
Жесткость технологической системы определяют погрешности,
вызванные упругими деформациями (перемещениями) шлифо-
вального круга относительно обрабатываемой поверхности под
действием радиальной силы резания. В плоскошлйфовальных
станках с горизонтальным шпинделем самым нежестким узлом,
оказывающим определяющее влияние на жесткость всей системы,
является шлифовальная головка, в которой много подвижных
соединений. Нормы жесткости плоскошлйфовальных станков и
методы их проверки были приведены выше.
Погрешности предыдущей обработки возникают при выполне-
нии операции шлифования вследствие деформаций упругой систе-
мы. Для их ликвидации следует по возможности увеличить жест-
кость технологической системы, а если это невозможно, то ввести
дополнительные проходы при чистовых режимах обработки и при
выхаживании. Следует иметь в виду, что интенсивность исправле-
ния погрешностей от предыдущей обработки зависит от режущей
способности шлифовального круга: прн работе незатупленным
кругом из-за меньших значений радиальной силы резаиня погреш-
ности исправляются быстрее, чем при работе затупленным кру-
гом.
Тепловые деформации системы приводят к тому, что изме-
няется заданное расстояние между рабочей поверхностью круга
и базовой (установочной) поверхностью заготовки, искажаются
траектории перемещений узлов станка из-за их разворота от не-
равномерного нагрева, в результате чего появляются погрешно-
сти размеров и формы обработанной поверхности. Для уменьше-
ния погрешностей, вызванных тепловыми деформациями системы,
необходимо вести работы во время стационарного теплового ре-
жима, интенсивно охлаждать зону шлифования подачей СОЖ, не
допускать перегрева любого узла станка, приспособления или за-
готовки.
73
chipmaker.ru
Размерный износ круга оказывает существенное влияние на
погрешность формы заготовки, так как полностью переносится на
значение выдерживаемого размера. Очень важным является пра-
вильный выбор характеристики круга и, в частности, его твер-
дости: мягкий круг обладает высокой режущей способностью,
хорошо самозатачивается, но его размерный износ слишком ве-
лик; твердый круг мало изнашивается, но быстро затупляется и
теряет свою режущую способность. Прн этом возрастают ради-
альная сила резання, контактная температура шлифования, а
также погрешность обработки нз-за больших упругих отжатий,
на шлифованной поверхности могут появиться прижоги. В связи
с этим необходимо для каждой операции тщательно подбирать
необходимую твердость круга. При обработке длинных плоско-
стей зачастую бывает трудно выдержать требования к их пря-
молинейности из-за износа круга. В этом случае рекомендуется
применять алмазные и эльборные круги, которые изнашиваются
меньше, чем электрокорундовые или карбидокремниевые.
Точность установки загатовкн на станке зависит от точности
изготовления приспособления для закрепления заготовки и его
установки на столе станка. Если заготовка устанавливается 6
погрешностью базирования, когда технологическая (установоч-
ная) и конструкторская (измерительная) базы не совпадают, то
следует на предыдущей операции как можно точнее выполнить
размер, связывающий эти базы.
Способ получения заданных размеров также оказывает
влияние на точность обработки. Получение заданных размеров
может осуществляться пробными проходами с измерением за-
готовки после каждого прохода или автоматически при работе
до упора нлн с применением измерительно-управляющих
устройств.
Пробными проходами можно получить высокую размерную
точность независимо от точности установки заготовки по высоте
измеряемого размера, но этот способ требует больших затрат
времени на измерение заготовки и зависит от квалификации и
опыта рабочего. Автоматическое получение размеров при работе
до упора лишено этих недостатков, однако на точность обра-
ботки влияют погрешность установки заготовки, износ круга и
деформации системы, вызванные упругими отжатиями н влия-
нием температуры.
Применение измерительно-управляющих устройств, которые
измеряют либо «текущий» размер заготовки, либо перемещение
шлифовальной головкн или стола станка, формирующее заданный
размер, позволяет давать команды на перемещение узлов станка
и остановку процесса при достижении заданного размера. Этот
способ позволяет получить высокую точность обработки.
Наиболее эффективной мерой, позволяющей уменьшить боль-
шинство нз перечисленных погрешностей обработки и получить
высокую степень точности, является применение алмазных и эль-
борных кругов и точных внброустойчивых плоскошлифовальных
станков. При этом следует учесть, что алмазные и эльборные
круги эффективно работают лишь на станках высоких классов
точности и прн легких режимах шлифования.
Прн работе кругами из электрокоруидов точность обработки
можно повысить применением точных станков и кругов класса А
74
с дисбалансом 1-го класса, более тщательным выбором характе-
ристики круга, правкой круга алмазными инструментами и сни-
жением интенсивности режима шлифования.
Шероховатость шлифованной поверхности. Шероховатость
представляет собой совокупность продолговатых рисок, образо-
ванных вершинами абразивных зерен и микровыступами на вер-
шинах при срезании мельчайших стружек. В отличие от^резання
резцом илн фрезой неровности на шлифованной поверхности но-
сят случайный характер. Случайная форма неровностей обуслов-
лена случайным характером рельефа рабочей поверхности шли-
фовального круга.
Каждая риска иа шлифованной поверхности является резуль-
татом микрорезання и пластической деформации металла. Длина
рисок примерно в 10—50 раз больше их ширины. При большом
увеличении видно, что дно рисок представляет собой продольные
бороздки пластически деформированного металла, являющиеся
следами микровыступов на абразивных зернах; на боковых по-
верхностях рнсок видны наплывы металла как результат его пла-
стического оттеснения в стороны при движении абразивного зер-
на. На рис. 23, а — в показаны фотографии участков поверхно-
стей заготовок из стали 45, полученных при плоском шлифовании.
При грубом режиме шлифования бороздки становятся глубже,
наплывы металла больше (рис. 23,6). Если на шлифованной по-
верхности образуется прижог, то поверхность становится рыхлой
(рис. 23,в).
Рассматривая характер формирования шероховатости шлифо-
ванной поверхности, следует иметь в виду, что скорость враще-
ния круга в десятки раз превышает скорость продольной подачи,
поэтому через каждое сеченне заготовки проходит большой уча-
сток поверхности круга, кроме того, реальные режимы плоского
шлифования предусматривают многократное прохождение круга
над каждым участком шлифуемой поверхности. Следовательно,
в образовании окончательного профиля шлифованной поверхности
принимает участие большое количество вершин абразивных зерен
круга.
Несмотря на случайный характер р.ельефа рабочей поверхно-
сти круга, структура шероховатости шлифованной поверхности
имеет определенную направленность: все шлифовочные риски вы-
тянуты вдоль вектора скорости резания (т. е. вдоль направления
продольной подачн), в связи с этим продольная шероховатость
меньше поперечной, а по внешнему виду поверхности можно
легко определить направление резания.
На формирование шероховатости шлифованной поверхности
оказывают влияние следующие факторы:
характеристики рельефа рабочей поверхности круга (количе-
ство вершин зерен, нх форма и разновысотность, зависящие от
зернистости, твердости и структуры круга, от условий его
правки);
кинематика процесса, определяющая режим обработки и со-
ответственно глубину шлифовочных рнсок;
динамика процесса, т. е. колебания круга относительно обра-
батываемой поверхности (при радиальных колебаниях изменяется
мгновенная глубина врезания вершин зерен в обрабатываемую
поверхность, а значит, и глубина образующихся рисок);
75
состав смазочно-охлаждаюшей жидкости, подаваемой в зону
шлифования н оказывающей влияние на характер резания и пла-
стическую деформацию металла.
Шероховатость шлифованных поверхностей зависит от сле-
дующих технологических факторов: характеристики круга и спо-
соба его правки, длительности шлифования после правки, эле-
Рнс. 23. Фотографии шлифованных
поверхностей заготовок из стали 45
(HRC 48—52), полученные на скани-
рующем микроскопе: а — после
среднего режима шлифования; б —
после грубого режима шлифования;
в — поверхность с прижогамн
ментов режима шлифования (скорости резания, глубины и подач,
времени выхаживания), состояния шлифовального стайка, соста-
ва смазочно-охлаждающей жидкости. С увеличением зернистости
круга н уменьшением его твердости высота шероховатости по-
верхности увеличивается. Слишком твердые круги также приво-
дят к увеличению высоты шероховатости, так как такой круг
быстро притупляется, в системе возникают автоколебания, кото-
рые приводят к более грубой и неоднородной шероховатости на
шлифованной поверхности. Применение органической связки круга
вместо керамической также в некоторых случаях может привести
к уменьшению высоты шероховатости.
76
Большое влияние на шероховатость шлифованной поверхно-
сти оказывают способ и режим правки круга. Меньшую шерохо-
ватость можно получить, если применить при соответствующих
режимах правку алмазным карандашом или алмазным роликом.
При правке алмазным карандашом большое влияние на шерохо-
ватость оказывает продольная подача. С увеличением продольной
подачн на рабочей поверхности круга образуется винтовая по-
верхность, которая может резко (в 2—3 оаза) увеличить высоту
шероховатости. Однако со временем работы круга н его износа
ействие правки ослабевает.
Cliiomaker.ru
Рис. 24. Влияние длительности х шлифования и продольной подачи при
правке круга на параметр обработанной поверхности ^?a(^npi > ^пр2 >
> *$прЗ > ^пр4 > $пр5 > ^прб ~ значения продольных подач при прав-
ке круга)
Характер влияния длительности шлифования и продольной
подачи прн правке круга на параметр Rn показан на рис. 24.
Причиной изменения высоты шероховатости является изменение
состояния рабочей поверхности круга: после правки (в начале
шлифования) происходит «приработка» круга, сопровождаемая
интенсивным износом; затем наступает II период, характеризуе-
мый стационарной работой н постепенным затуплением круга
(кроме случаев равномерного самозатачивания круга, когда ше-
роховатость шлифованной поверхности практически не изменяется
от длительности его работы). В соответствии с таким режимом
работы происходит изменение высоты шероховатости шлифован-
ных поверхностей. Так, в течение I периода наибольшее влияние
На шероховатость оказывает правка круга: грубой правке с боль-
шими продольными подачами соответствует большая высота ше-
роховатости, и наоборот. В процессе шлифования рабочая по-
верхность круга изнашивается, влияние правки ослабевает и ше-
роховатость поверхности стабилизируется (см. рис. 24).
77
chipmaker.ru
Длительность I периода зависит главным образом от твер«
дости круга и режима шлифования: чем тверже круг и мягче
режим, тем позже заканчивается приработка круга и, следова-
тельно, позже стабилизируется шероховатость обработанной по-
верхности.
Плавное увеличение высоты шероховатости шлифованных по-
верхностей вследствие затупления и засаливания круга и увели-
чения уровня вибрации характеризует II период работы круга.
Здесь высота шероховатости почти не зависит от правки круга,
а определяется его характеристикой и режимом шлифования. Из-
менение шероховатости как в
Рис. 25. Изменение параметра
шероховатости Rx шлифован-
ной поверхности при выхажива-
нии:
1, 2 — жесткая и нежесткая
технологические системы
I, так и во II периодах зависит от
свойств обрабатываемого материа-
ла (например, при шлифовании
стали 45 электрокорундовыми кру-
гами все описанные изменения
шероховатости происходят за пе-
риод времени, равный 10—•
100 мии, а при шлифовании бы-
строрежущих и высоколегирован-
ных аустенитных сталей и сплавов
это время уменьшается до 1—
10 мин. Анализ экспериментальных
кривых показывает, что при Snp =j
= 0,1 4- 0,3 мм/об круга наблю-
дается постоянная шероховатость
с самого начала шлифования, а
при Snp — 0,01 4- 0,03 мм/об круга
(тонкая правка) наблюдается су-
щественное снижение шероховато-
сти. Тонкая правка круга применяетси в практике шлифования
для получения очень чистых поверхностей кругами обычной зер-
нистости, но при этом существенно увеличиваются затраты вре-
мени иа правку и требуются специальные приспособления для
тонкой подачи алмаза при правке.
Элементы режима резания при шлифовании по-разному
влияют на высоту шероховатости обработанной поверхности.
С увеличением глубины шлифования и подач каждая вершина
абразивного зерна глубже врезается в обрабатываемую поверх-
ность и оставляет иа ней более глубокие риски, следовательно,
шероховатость шлифованной поверхности увеличивается. При
плоском шлифовании продольная и поперечная подачи оказывают
большее влияние па высоту шероховатости, чем глубина резания
(особенно при глубинном шлифовании). Выхаживание (т. е. шли-
фование без подачи на глубину) способствует уменьшению вы-
соты шероховатости за счет постепенного уменьшения фактиче-
ской глубины резания. С увеличением времени выхаживания
шероховатость уменьшается вначале интенсивно, затем высота
шероховатости стабилизируется и становится постоянной, пре-
дельной для данного обрабатываемого материала, условий шли-
фования и динамических свойств технологической системы
(рис. 25). Чем больше жесткость системы и выше режущая спо-
собность круга, тем меньше время выхаживания.
С увеличением скорости резаиия пропорционально увеличи-
вается число абразивных зерен, проходящих зону шлифоваивя и
78
снимающих стружку в единицу времени, уменьшается толщина
срезов и соответственно высота шероховатости на шлифованной
поверхности. Кроме того, при больших скоростях резания умень-
шаются пластическая деформация и наплывы металла по боко-
вым сторонам шлифовочных рисок, дио рисок становится более
чистым и ровным, что является дополнительным фактором,
уменьшающим шероховатость шлифованной поверхности.
Влияние наплывов при формировании шероховатости доста-
точно велико: в зависимости от пластических свойств обрабаты-
ваемых металлов, толщин срезов каждым абразивным зерном и
радиусов их округления доля наплывов в формировании шеро-
ховатости колеблется в пределах 20—80 % (большие значения
соответствуют шлифованию пластичных металлов при больших
глубинах и подачах). С увеличением скорости резания до 60—
80 м/с доля наплаывов уменьшается до 10—30%.
Состояние шлифовального станка оказывает большое влияние
на шероховатость поверхности: чем меньше жесткость стайка и
интенсивнее вибрации, тем больше высота шероховатости и ее
неоднородность. На изношенном нежестком станке с несбаланси-
рованной системой шпиндель — круг предельно достижимая вы-
сота шероховатости при шлифовании закаленной стали не пре-
вышает Rz — 5 мкм, а иа жестком стайке высокой и особо вы-
сокой точности при тех же условиях шлифования можно полу-
чить высоту шероховатости Rz = 0,63 мкм.
Состав смазочио-охлаждающей жидкости можно подобрать
таким образом, чтобы уменьшить высоту шероховатости шлифо-
ванной поверхности. Так, применение масла и масляных эмульсий
позволяет получить более чистую поверхность. Большое значение
имеет качество очистки СОЖ от шлама и стружки: применение
эффективных систем тонкой очистки СОЖ дает возможность зна-
чительно уменьшить высоту шероховатости, исключить появление
глубоких рисок на обработанной поверхности. Особенно эта мера
эффективна иа операциях отделочного тонкого шлифования, когда
требуется получить очень чистую поверхность.
Оценивая роль перечисленных технологических факторов в
формировании шероховатости шлифованных поверхностей, можно
прийти к выводу, что в каждом конкретном случае следует выби-
рать и регулировать те факторы, которые легче всего поддаются
изменению.
Так как операции плоского шлифования чаще всего являются
завершающими окончательную обработку детали, то для опреде-
лении эксплуатационных свойств шлифованной поверхности важ-
но знать не только значения Ra и но и другие параметры,
оказывающие влияние на износостойкость детали, усталостную
прочность, антикоррозионные свойства, контактную жесткость и
другие эксплуатационные показатели. Характерной чертой шеро-
ховатости шлифованных поверхностей является ее слабая управ-
ляемость по параметрам шага: обычно режимом шлифования,
характеристикой круга и другими технологическими факторами
можно изменить высоту шероховатости, при этом другие пара-
метры изменяются незначительно
Для определения основных параметров шероховатости шли-
фованных поверхностей можно воспользоваться данными, приве-
денными в табл. 8,
79
chipmaker.ru
Таблица 8. Параметры шероховатости поверхностей, полученных при плоском шлифовании
различных материалов периферией круга
"и « Е с* ©in еч^ 777 Т xf со сч © 1П ID — b- in СЧ СЧ 7777 ’* хр со со 1,4-1,6 1,3-1,5 1,3-1,1
1,4-1 1,4-1 1 1 СО СЧ
Я OOtS’t 1П 1П 1Л ID 1111 СО СО 1 1 СЧх^ m in 1 1 со со о сч Tj* ю 1П 1 1 1 I -50 -50 -52
О. 45- 45- 50- 52- 45- 45- 48- 50- in in со о XF xF tF Ю 1 1 1 COCCO xF XF ID
Е О о xF СМ | 1 -20 -15 -40 -20 О ID СЧ — 1 | О © ОШ xF со СЧ ~ 1111 ООО xF СЧ СЧ 1 1 1
СО 1 1 О о со xf 40- 20- I 1 о 1 1 § s 1111 о о о о GO xF xF СЧ 1 1 1 оо о CO со
МКМ 18,0-9,0 9,0-4,5 4,5-2,0 2,0-1,0 12,0-6,0 6.0-3.2 3,2-1,0 1,0-0,5 С с с с с £©010 - © со 1 1 1 5 0 о о S© © со ч —1 о о © О СЧ ~ 1 1 i о о © со О СЧ
<3 ©СО 1 ? -0,4 -0,2 -1,2 -0,63 -0,2 -0,10 О СЧ © со сч ^7© о. 1111 © XF СЧ -Г© © 1 1 1
1111 СЧ © GO xF СО ^-7О© © СЧ сч — 0,63- 0,2- 1111 О О СЧ © xF СЧ — 1 1 1 СЧ © xF со ©"
* к к Я § Э* S «5 3 й й У Черновой Получнстовой Чистовой Отделочный Черновой Получистовой Чистовой Отделочный < а Получнстовой Чистовой Отделочный Черновой Чистовой Отделочный
Обрабатываемый материал cd ГО 1> Е Ф 35 Е Е О § >- Зч Е О 4 каленные стали ё о ф 3 к S ф го го со цнонные и инструмен- тальные стали al Е ** ф Е К- О § s ° S ° S S со н О ф ф S Д « х « х К — Ji CQ сз Чугуны серые
Примечание. Значения 8гпах/Яг приведены для нормальных и хороших условий шлифования; при шлифова-
нии с вибрациями, наношенным или грубо выправленным кругом и с плохим качеством очистки СОЖ значения 8тах/8г
увеличиваются до 2,5-3,0 (особенно прн чистовых и отделочных режимах обработки).
80
Волнистость на шлифвоанной поверхности образуется в ре-
зультате радиальных колебаний шлифовального круга относи-
тельно обрабатываемой поверхности. Схема образования волни-
стости прн плоском шлифовании приведена на рис. 26. Высота и
шаг волнистости зависят от амплитуды и частоты колебаний
круга относительно обрабатываемой поверхности, от скорости
продольной подачн и числа проходов круга через заданный уча-
сток поверхности. Чем больше амплитуда колебаний, меньше ее
частота и больше продольная подача заготовки, тем больше вы-
сота и шаг волнистости на шлифованной поверхности. При много-
проходном шлифовании происходят наложение и фазовые сдвиги
Рис. 26. Схема образования волнистости и неоднородной шероховатости
на шлифованной поверхности (Л — амплитуда колебаний; — высота
волнистости; верш и Иг В1| — параметр шероховатости на вершине
волны и во впадине соответственно)
колебаний, в результате чего высота и шаг волнистости умень-
шаются.
Образование волнистости иа шлифованной поверхности со-
провождается возникновением периодической неоднородности ше-
роховатости шлифованной поверхности: при врезании круга в об-
рабатываемую поверхность за один период колебания (см. рис. 26)
происходит увеличение мгновенной глубины шлифования, каждое
абразивное зерно глубже врезается в металл и оставляет более
глубокую риску; в результате во впадиие волны шероховатость
поверхности грубее. При образовании вершины волны наблю-
даются обратные явления: меньше мгновенная глубина шлифова-
ния и высота шероховатости шлифованной поверхности. Таким
образом, появляется закономерная неоднородность шероховато-
сти иа шлифованной поверхности. Это явление хорошо видно
«йа глаз» в результате интерференции — разного отражения све-
та от шероховатости во впадиие волны и иа вершине (как следы
дробления на шлифованной поверхности).
Кроме колебаний системы есть еще одна причина, вызывающая
волнистость на шлифованной поверхности, — образование волн
иа рабочей поверхности круга из-за неравномерного износа в про-
цессе шлифования и некачественной правки круга. Неравиомер-
81
chipmaker.ru
ный износ круга происходит вследствие неоднородной его струк-
туры и твердости и других причин.
Появление автоколебаний (с частотой 300—800 Гц) в систе-
ме и их интенсивный рост с затуплением круга также является
существенной причиной возникновения волнистости на шлифован-
ной поверхности. Для большинства операций шлифования именно
это является сигналом ухудшения качества шлифованной поверх-
ности (появление волнистости, неоднородной шероховатости и
полосок прижогов).
Существуют различные способы уменьшения волнистости:
увеличение жесткости и виброустойчивости всех узлов техно-
логической системы;
уменьшение радиальной силы резания и ее колебаний путем
выбора рациональной характеристики круга, своевременной и ка-
чественной его правки;
уменьшение неуравновешенности системы шпиндель — круг;
применение средств демпфирования колебаний в системе;
применение кругов высокого качества (класса А и 1-го клас-
са по дисбалансу);
более частая правка кругов до появления заметного затуп-
ления и специфического шума при шлифовании, указывающего на
повышенный уровень колебаний.
12. Выбор характеристики шлифовального круга
Характеристика круга оказывает решающее влияние на про-
изводительность шлифования, точность и качество обработанных
поверхностей. Во многих случаях малейшее изменение характе-
ристики круга делает невозможным выполнение операции шлифо-
вания. Например, при плоском шлифовании закаленной быстро-
режущей стали периферией электрокорундового круга изменение
твердости на одну степень (с М3 иа М2 или СМ1) приводит
либо к осыпанию круга, либо к появлению прижогов на шлифо-
ванной поверхности.
Для выбора наиболее рациональной характеристики круга не-
обходимо прежде всего изучить условия и технические требова-
ния к выполнению шлифовальной операции. Если определены
схема шлифования и станок, способ подачи и состав СОЖ, то
характеристика круга выбирается в зависимости от химического
состава и физико-механических свойств обрабатываемого мате-
риала, снимаемого припуска и технических требований к точности
и качеству обработки.
При шлифовании сталей, как правило, применяют круги из
различных электрокорундов (белого или нормального) на кера-
мической связке. Лучше всего шлифуются углеродистые стали, ле-
гирующие присадки обычно ухудшают обрабатываемость, осо-
бенно такие, которые делают сталь вязкой (например, никель)
или способствуют образованию твердых карбидных соединений
(например, ванадий). Увеличение теплостойкости стали или сплава,
прочности и вязкости, уменьшение теплопроводности приводят к
ухудшению обрабатываемости и быстрому затуплению круга.
Стали аустенитного класса шлифуются хуже, чем мартенситного,
перлитного и сорбитного классов. Для труднообрабатываемых
82
сталей и сплавов рекомендуется применять круги из белого элек-
трскорунда или моиокорунда. Если эти стали закаленные, то вы-
годно применять круги из эльбора.
При снятии большого припуска часто применяют круги из
нормального или легированных электрокорундов. Зернистость при
выполнении операций плоского шлифования периферией круга
обычно выбирают в пределах 40, 25 и 16, а твердость — от М3
до С1.
Наиболее распространенной характеристикой круга при шли-
фовании открытых плоскостей из сталей является 24А40М37К
(для незакаленных сталей твердость увеличивают до СМ1, СМ2
или С1). Для грубых режимов обр; ботки при шлифовании тор-
цем круга назначают зернистости 50—80. Если применяют круги
на бакелитовой связке ^обычные и сборные сегментные), то их
твердость увеличивают на 2—3 степени по сравнению с кругами
на керамической связке.
Вообще следует иметь в виду, что увеличение площади кон-
такта круга с заготовкой и твердости обрабатываемого материала
требует при всех прочих равных условиях уменьшения твердости
круга. Круги меньшей твердости экономичнее, так как их реже
правят; они меньше прижигают обработанную поверхность, ио их
размерный износ значительно больше и поэтому часто лимитирует
получение заданной точности. При шлифовании прерывистых по-
верхностей следует пользоваться кругами большей твердости.
При выборе структуры круга следует иметь в виду, что
большинство операций плоского шлифования электрокорундовыми
кругами на керамической связке требует применения открытых
структур (7 и 8), обеспечивающих хорошее размещение стружки
и меньшую вероятность появления прижогов. Для шлифования
чугуна, алюминия, мягкой латуни и бронзы, меди и неметаллов
(стекло, мрамор, гранит, пластмассы) применяют круги из кар-
бида кремния зернистостью 40, 25 и 16 иа керамической связке
твердостью М3 — С1. Такие же круги используют для шлифова-
ния твердых сплавов. Операции чистового и отделочного шли-
фования твердых сплавов и чугуна эффективно выполнять алмаз-
ными кругами.
Рекомендуемые ориентировочные характеристики шлифоваль-
ных кругов для различных операций приведены в табл. 9.
В зависимости от конкретных условий шлифования приведен-
ные рекомендации обычно корректируются. Корректировку вы-
полняют по внешним признакам и изменениям параметров точ-
ности и шероховатости обработанной поверхности. Так, прижоги
и трещины на шлифованной поверхности свидетельствуют о том,
что твердость круга выше, чем это необходимо для данной опе-
рации. Изменение звука при шлифовании (появление дребезжа-
щих звуков, скрипа, высоких тонов) означает, что круг зату-
пился; на шлифованной поверхности при этом появляются следы
волнистости, полоски прижогов, неоднородная шероховатость.
Следовательно, круг нужно править. Если его стойкость слишком
мала, можно взять круг из другого, более износостойкого абра-
зивного материала или уменьшить его твердость.
Появление погрешностей формы и ухудшение шероховатости
обработанной поверхности свидетельствует о том, что выбран
круг низкой твердости.
83
Таблица 9. Рекомендуемые характеристики шлифовальных кругов для различных операций
плоского шлифования
Обрабатываемый материал Деталь Схема и режим шлифования Характеристика круга
Абразивный материал Зернистость Твердость Связ- ка
Сталь конструк- ционная незака- лениая Втулки плунжеров Периферией круга, предварительное 24А; 23А; 91А 25-16 Cl - С2 к
Колеса зубчатые 13А; 14А 80—50 С2-СТ1 Б
Коньки 14А; 15А 50—40 СМ2-С1 Б
Корпуса плугов 13А; 14А 125-80 СТ1— СТЗ Б
Наковальни 13А: 14А 80-50 СМ2 - С! К
Ножи для косилок 13А; 14А 80—50 СМ2 — С1 Б
Фланцы автотрак- торные 14А 63-40 СМ2 - С1 К
Клапаны двигате- лей Периферией круга, предварительное 13А; 14А 80—50 СМ2-С1 Б
Периферией круга, окончательное 14А; 15А 40-25 СМ1-СМ2 Б
Сталь конструк- ционная зака- ленная Колеса зубчатые Периферией круга 14А; 15А; 93А 63-40 СМ1-СМ2 К
Торцем круга 14А; 15А; 93А 80-50 СМ2 - С1 Б
Шайбы упорные Торцем круга, пред- варительное 23А 50-40 М3 - СМ1 К
Торцем круга, окон- чательное 91 А; 23А 24А; 43А 25-16 40-25 М2 - М3 СМ2 - С1 К К
Сталь конструк- ционная легиро- ванная Коробки золотнико- вые Периферией круга 24А; 23А, 91А 40-25 СМ2 - С1 К
Блок зубчатых колес 13А; 14А 63-40 СТ1 - СТ2 Б
Сталь углероди- стая незакален- ная Винты микрометров Периферией круга 14А; 15А; 91А 40-25 ' Cl - С2 К
Фланцы автотрак- торные 14А 63-40 СМ2 - С1 Б
Корпуса плугов 13А; 14А 125-80 СТ1 - СТЗ Б
Сталь углероди- стая закаленная Бойки для молот- ков Периферией круга 15А; 93А; 91А; 24А 63-40 СМ2 - С1 К
Винты микрометров 91 А; 23А; 24А 25-16 СМ1-СМ2 К
Продолжение табл. 9
chipmaker.ru
Обрабатываемый материал Деталь Схема и режим шлифования Характеристика круга
Абразивный материал Зернистость Твердость Связ- ка
Сталь углероди- стая закаленная Калибры-скобы Периферией круга, предварительное 91А; 23А 25-16 СМ2-С1 к
Периферией круга, окончательное 24А; 25А 25-16 СМ1-СМ2 к
Калибры-кольца резьбовые Периферией круга 14 А; 15А 50-40 Cl - С2 Б
Калибры-пробки резьбовые 91 А; 23А 25-16 СМ2 - С2 К
Долота, стамески 15А 15А 50-40 50-40 СМ2 - С1 С2-СТ1 К Б
Ножи 13А; 14А 91А; 24А 80-50 50—40 СМ2-С1 СМ 1 - СМ2 Б К
Штанги к штанген- циркулям 91 А; 23А; 24А 63-40 СМ1-СМ2 К
Плиты угловые и концевые Периферией круга, предварительное 91А; 23А: 24А 63-40 - СМ1-СМ2 К
Периферией круга, окончательное 91 А; 23А; 24А 40-25 М3 - СМ1 К
Торцем круга 14А; 15А 63-40 СМ2-С1 Б
Призмы инструмен- тальные Периферией круга 91 А; 23А; 24А 40-25 СМ1 - СМ2 К
Пятки измеритель- ных приборов 91А; 24А 43А 16-12 25-16 СМ1-СМ2 СМ2-С1 К к
Шаблоны профиль- ные Периферией круга, предварительное 91 А; 23А 40-25 СМ2 - С1 к
Периферией круга, окончательное 91А; 23А; 24А 43А 25-16 40-25 СМ1-СМ2 СМ2-С1 к к
Сталь инстру- ментальная ле- гированная зака- ленная Штампы Периферией круга 91 А; 23А; 24А 50-40 СМ1-СМ2 к
Торцем круга 93 А; 14А; 15А 80-50 Cl - С2 Б
Сталь подшип- никовая зака- ленная Торцы колец под- шипников Периферией круга 23А; 24А 91 А; 23А ЛО 25-16 40-25 Л16- Л5 М3 - СМ1 М3 - СМ1 СМ2 — С2 Б К К
Продолжение табл. 9
chipmaker.ru
Обрабатываемый материал Деталь Схема н режим шлифования Характеристика круга
Абразивный материал Зернистость Твердость Связ- ка
Сталь быстро- режущая зака- ленная Иглы распылителей Периферией круга, предварительное 91А; 23А 43А 32-16 40-16 СМ2 — С1 М3 - СМ2 к к
Периферией круга, окончательное ЛО Л16- ЛЮ — Б
Квадраты метчиков Периферией круга ISA; 91А; 23А 40—25 С1 — С2 К
Ножи вставные для фрез Периферией круга, предварительное 91 А; 23А; 24А ' 40-25 М3 - СМ1 К
Периферией круга, окончательное ЛО Л16-Л5 СМ2 - С2 к
Пилы круглые для металлов •Периферией круга 13А; 14А 80-50 СМ1 - С1 Б
Плашки 91 А; 23А; 24А 40-25 СМ1-СМ2 К
Торцем круга 14А; 15А 50-40 СМ2 - С1 Б
Протяжки плоские Периферией круга 91А; 23А; 24А 43А; 44А ЛО 40-25 40-16 Л16 — Л5 СМ2 - С1 М3 - СМ2 СМ2 — С2 К К К
Развертки 23А; 24А 40-25 СМ1-СМ2 К
Фрезы червячные 93А; 14А; 15А 40-25 СМ1-СМ2 К
Сталь магнитная Магниты Периферией круга 43А; 44А 40-25 СМ1 — С1 к
Торцем круга 14 А; 15А 40—25 СМ1-СМ2 Б
Твердые сплавы Ножн вставные и другие детали Периферией круга 63С; 64С 25-16 М3 - СМ2 К
Чугун серый Гильзы цилиндров двигателей Периферией круга 53С 40-50 СМ2-С1 К
Клапаны автотрак- торных двигателей 53С 53С 50-40 80-50 СМ2 — С1 Cl - С2 К Б
Диски сцепления 53С 54С 25-16 25-16 Cl — С2 Cl - С2 К К
П родолжение табл. 9
chipmaker.ru
Обрабатываемый материал Деталь Схема и режим шлифования Характеристика круга
Абразивный материал Зернистость Твердость Связ- ка
Чугун серый Кольца поршневые Периферией круга, предварительное 53С 40-25 Cl - С2 Б
Периферией круга, окончательное 53С 16-10 СМ2 - С1 Б
Призмы инструмен- тальные Периферией круга 53С 50—40 СМ2 - С1 К
Фланцы автотрак- торные 53С; 54С 80-50 СТ1 - СТ2 Б
Чугун ковкий Толкатели клапанов двигателей Периферией круга, предварительное 14А 80-50 С2 — СТ1 Б
Периферией круга, окончательное 14А 25-16 СМ2 - С1 Б
Чугун серый и модифициро- ванный Направляющие станков Периферией круга, предварительное 91А; 23А 53С; 54С 50 80-50 МЗ-СМ1 СМ 1 —СМ2 К Б
Периферией круга, окончательное 53С; 24А ЛО 40-25 Л16- Л12 СМ1- СМ2 100% К Б
Алюминий и его сплавы Различные детали Периферией круга 53С; 54С 50—40 СМ 1-СМ2 К
Торцем круга 53С; 54С 80-50 СМ1-СМ2 Б
Бронза мягкая Различные детали Периферией круга 53С; 54С 80—50 СМ2 - С1 Б
Торцем круга 53С; 54С 125-80 СМ1-СМ2 Б
Бронза твердая Различные детали Периферией круга 54С 80-50 Cl - С2 Б
Гранит Бруски Периферией круга 53С: 54С 50-40 СМ1-СМ2 К
Торцем круга 53С; 54С 125-80 МЗ-СМ1 К
Кварц плавле- ный Бруски Периферией круга 53С; 54С 50—40 СМ2-С1 Б
Стекло техниче- ское Различные детали Периферией круга, предварительное 53С; 54С 63-40 СТ1— СТ2 Б
Периферией круга, окончательное 53С: 54С 32-16 СМ 1-СМ2 Б
chipmaker.ru
13. Высокоскоростное шлифование
Подавляющее большинство плоскошлйфовальных станков ра-
ботает при неизменной частоте вращения круга, обеспечивающей
скорость 35 м/с. Высокоскоростное шлифование (со скоростью
60 м/с и более) является одним из перспективных направлений
повышения эффективности обработки.
С увеличением скорости резаиия при шлифовании пропорцио-
нально скорости увеличивается число вершин абразивных зерен,
проходящих зону шлифования и снимающих стружку в единицу
времени. Например, если окружную скорость вращения круга
увеличить в два раза, то один и тот же объем металла, пода-
ваемый к кругу механизмами подач, будет сошлифован в два
раза большим количеством абразивных зерен; при этом на каж-
дую вершину зерна приходится меньшая по размерам стружка,
зерно меньше нагружено, меньше изнашивается, оставляет на
шлифованной поверхности риски меньшей глубины. С изменением
скорости резания изменяется сопротивление металла резанию
и трению при одинаковом сечении стружки; при шлифовании
углеродистых и малолегированных сталей с увеличением скорости
сопротивление резанию и трению уменьшается. С увеличением
скорости резания происходит увеличение числа вершин абразив-
ных зерен, снимающих стружку, и соответственно уменьшается
число вершин зерен, которые только пластически деформируют
металл, оттесняя его в стороны без образования стружки (эти
зерна не совершают полезную работу, а только нагревают обра-
батываемую поверхность).
Перечисленные явления приводят к уменьшению силы реза-
ния, высоты шероховатости на шлифованной поверхности и из-
носу шлифовального круга и дают возможность существенно уве-
личить скорость съема металла. Обычно высокоскоростное шли-
фование рассматривают как средство увеличения производитель-
ности процесса: одновременно с увеличением скорости резания
увеличивают глубину шлифования или подачи И тем самым
уменьшают основное время обработки. При этом точность и ка-
чество шлифования практически не изменяются.
Однако, широкому внедрению шлифования с высокими скоро-
стями резания препятствуют следующие факторы.
1. Увеличение центробежных сил, действующих на вращаю-
щийся круг, происходит пропорционально квадрату скорости его
вращения, поэтому во избежание разрыва круга при высокоско-
ростном шлифовании требуются специальные круги повышенной
прочности.
2. С увеличением скорости резаиия увеличиваются центро-
бежные силы от неуравновешенных масс системы шпиндель —
круг, что приводит к росту вибраций, которые, в свою очередь,
увеличивают износ круга и ухудшают качество обработки, вызы-
вая волнистость, неоднородность шероховатости и полоски при-
жогов на шлифованной поверхности Следовательно, для высоко-
скоростного шлифования нужны более жесткие и виброустойчи-
вые шлифовальные станки, а также более точные способы балан-
сировки кругов.
3. С увеличением скорости резания увеличивается работа
трения и пластического деформирования металла, а значит и кои-
92
тактная температура шлифования. Кроме того, более интенсивный
воздушный по 01 вокруг вращающегося круга препятствует про-
никновению СОЖ в зону шлифования. Это требует осуществле-
ния ряда мер для нейтрализации вредного действия тепла иа об-
рабатываемую поверхность (увеличения продольной скорости
движения заготовки, применения специальных составов и спосо-
бов подачи СОЖ в зону шлифования).
4. Неблагоприятные циклические силовая и тепловая нагруз-
ки на вершины абразивных зерен и связку круга, характерные
для высоких скоростей резания, требуют увеличения прочности и
износостойкости абразивных зерен и более обоснованного выбора
характеристики круга.
Чтобы устранить перечисленные отрицательные явления, при
внедрении высоких скоростей резаиия на операциях плоского
шлифования необходимо решить следующие задачи:
создать новые конструкции плоскошлйфовальных станков,
пригодных для высокоскоростного шлифования;
разработать конструкции высокоскоростных шлифовальных
кругов требуемых характеристик;
определить область эффективного применения высоких ско-
ростей резания и разработать рекомендации по выбору характе-
ристики круга и других условий шлифования;
повысить уровень автоматизации операции шлифования с
целью снижения вспомогательного времени обработки заго-
товки.
Рассмотрим существующие способы решения каждой задачи.
Современные высокоскоростные плоскошлифовальиые станки
должны обладать следующими особенностями:
1) увеличенной мощностью привода вращения круга (с уве-
личением скорости резання существенно растет мощность, затра-
чиваемая на холостой ход и на шлифование; следует иметь в
виду, что основная цель высокоскоростного шлифования — это
резкое увеличение скорости съема припуска, что также требует
дополнительных затрат мощности);
2) увеличенной жесткостью и виброустойчивостью, способ-
ностью воспринимать большие статические и динамические на-
грузки;
3) более совершенной системой подачи СОЖ в зону шлифо-
вания во избежание прижогов на шлифованной поверхности, бо-
лее тщательной ее очисткой от шлама и стружки, количество
которой значительно возрастает, а также продуманной систе-
мой ограждения окружающего пространства от разбрызгивания
СОЖ;
4) наличием систем надежной защиты окружающего про-
странства от возможного разрыва круга (усиленные кожухи
круга, защитные щитки, системы блокировки);
5) более широким диапазоном скоростей продольной подачи,
так как одной из эффективных мер устранения прижогов при
высоких скоростях резания является увеличение скорости про-
дольной подачи (до 50—60 м/мин); малые скорости продольной
подачи (0,04—1 м/мин) необходимы для осуществления высоко-
производительного глубинного шлифования;
6) более точной балансировкой шлифовального круга на
шпинделе станка;
93
chipmaker.ru
7) более высоким уровнем механизации и автоматизации
вспомогательных работ на станке, связанных с установкой заго-
товки, холостыми ходами, правкой круга и т. д.;
8) возможностью работы по заранее настроенному рабочему
циклу шлифования с автоматическим переходом от черновой об-
работки к чистовой и выхаживанию; при этом желательно иметь
регулируемый привод вращения круга, чтобы для получения вы-
сокого качества обработанной поверхности можно было умень-
шать скорость резания при переходе от черновой обработки к
чистовой и выхаживанию.
Кроме перечисленных особенностей, станок должен быть уни-
версальным, способным быстро настраиваться на обработку раз-
ных заготовок. Оснащение современных плоскошлифовальных
станков системами ЧПУ, адаптивными системами и различными
средствами для быстрой установки заготовки и автоматической
правки круга позволит значительно повысить эффективность и
расширить технологические возможности операций шлифования.
Отечественная станкостроительная промышленность выпу-
скает плоскошлифовальные станки, работающие при повышенных
скоростях резания. Например, плоскошлифовальный станок моде-
ли ЗЕ711ИВ с прямоугольным столом и горизонтальным шпин-
делем работает при скоростях круга 30—60 м/с с бесступенчатым
регулированием скорости стола (2—45 м/мин), плоскошлифоваль-
ный полуавтомат модели ЗП722И (Укр = 60 м/с), модели ЗД723
(Укр = 70 м/с), плоскошлифовальиый станок модели ЗП740ИВ
с круглым столом и горизонтальным шпинделем (Укр = 60 м/с),
обдирочно-шлифовальные станки для металлургической промыш-
ленности, работающие при скоростях 60 и 80 м/с.
Энергия вращающегося круга увеличивается пропорциональ-
но квадрату скорости резаиия, поэтому при создании высоко-
скоростных шлифовальных кругов необходимо в первую очередь
увеличить их прочность иа разрыв. Изменение условий работы
вершин абразивных зерен при высокоскоростном шлифовании
(увеличение количества врезаний в металл, скорости изменения
силовой и тепловой нагрузок) также следует учитывать при вы-
боре абразивного материала и связки для изготовления круга.
Анализ напряженного состояния вращающегося круга пока-
зывает, что его разрушение начинается под действием тангенци-
альных растягивающих напряжений, максимальные значения ко-
торых находятся в зоне отверстия.
Прочность круга определяется прочностью материалов зерен
и связки, прочностью их соединения, структурой, а также вну-
тренними дефектами и напряжениями, возникающими в процессе
формования и обжига круга. В отличие от металлов материал
круга имеет прочность на растяжение в шесть—восемь раз мень-
шую, чем иа сжатие, и в полтора—три раза меньшую, чем на
изгиб Электрокорундовые круги на керамической связке имеют
предел прочности иа разрыв от 0,07 МПа (для кругов зерни-
стостью 50—40 и твердостью М3) до 0,18 МПа (для кругов зер-
нистостью 16 и твердостью С1).
Существует несколько путей создания высокопрочных шли-
фовальных кругов.
1. Увеличение прочности круга путем совершенствования его
связки и технологии изготовления. Круги из современных проч-
94
ных керамических связок могут работать при скорости до 60 м/с
(зернистостью 40—50 и твердостью ие мягче, чем М3) и до
80 м/с (зернистостью 16 и твердостью Cl — С2). Такие круги из-
готавливают по классу А, т. е. с более жесткими требованиями
к абразивному зерну, равномерности твердости, погрешностям
формы и размеров и с дисбалансом не ниже 1-го класса. Такие
требования необходимы не только для обеспечения безопасной
Рис. 27. Высокоскоростные шлифовальные круги: а—без центрального от-
верстия; б—с мелкозернистой упрочненной серединой диаметром ^ср;
в—с армированным металлическим кольцом диаметром £>к; г —с армиро-
ванной металлической втулкой в отверстии диаметром Ок, д — упрочнен-
ный металлическими дисками диаметром />д, наклеенными на торцы кру-
га; е — с утолщенной ступицей диаметром £>ф; зл?-со специальными разгру-
жающими фланцами; з — сборный сегментный — наружный радиус
сегментов; /?с—радиус планшайбы)
работы, ио и для уменьшения вибраций во время шлифования.
Особое внимание следует обращать на правила транспортировки
и хранения скоростных кругов.
2. Увеличение прочности круга иа разрыв путем уменьшения
диаметра его отверстия вплоть до создания кругов без централь-
ного отверстия (рис. 27). Круги без центрального отверстия
дают возможность на 22 % увеличить разрывную скорость, но
для их установки на станок требуется специальная конструкция
шпинделя (шпиндели имеющихся в эксплуатации станков не при-
годны для установки таких кругов и их балансировки).
3. Увеличение разрывной скорости круга путем упрочнения
зоны отверстия, где находятся максимальные напряжения. Упроч-
нение может быть достигнуто несколькими способами
95
chipmaker.ru
(рис. 27, б — е): созданием мелкозернистой структуры или уве-
личением твердости в зоне отверстия круга с сохранением тре-
буемой структуры в наружной рабочей части (разрывная ско-
рость увеличивается на 10%), пропиткой зоны отверстия круга
эпоксидными смолами или другими укрепляющими составами
(разрывная скорость увеличивается на 15 %); установкой в зоне
отверстия укрепляющих колец, закладываемых в абразивную
массу при изготовлении круга (применяется для круров на орга-
нической связке); установкой (приклеиванием) в отверстие круга
металлической втулки или приклеиванием металлических дисков
по торцам круга.
4. Увеличение прочности круга изменением его формы: утол-
щением ступицы (рис. 27, е) или применением конической формы
со специальными разгружающими фланцами (рис. 27,ж). Сле-
дует отметить, что эти меры приводят лишь к незначительному
увеличению разрывной скорости круга.
5. Применение сборного сегментного круга (рис. 27, з). Такая
конструкция разгружает абразивную часть круга от тангенциаль-
ных растягивающих напряжений. Каждый сегмент круга испыты-
вает радиальные напряжения сжатия во внутренней зоне под
фланцами и небольшие напряжения растяжения в наружной ра-
бочей части. Опасным сечением является зона перехода от вну-
тренней части к наружной.
Рабочие скорости сегментных кругов могут достигать 150—
180 м/с, ио сложная тяжелая конструкция круга, небольшая вы-
стутаквдга чглчь тапедкжввджта ъ'/Аулц'А'й
затрудняют широкое применение сегментных кругов.
Высокоскоростное плоское шлифование осуществляется прн
скоростях, не превышающих 60—80 м/с, поэтому в большинстве
случаев можно воспользоваться скоростными кругами, в которых
заданная прочность получена путем применения прочных связок
и совершеиствоваиия технологии изготовления кругов-
Увеличение скорости резания до 60—80 м/с нИ операциях
плоского шлифования легкообрабатываемых углеродистых и низ-
колегированных сталей позволяет уменьшить основное время об-
работки в 1,8—2,8 раза при сохранении требований по точности
и качеству обработки. Применять высокие скорости резания имеет
смысл в том случае, если основное время обработай составляет
не менее (0,5 -? 0,6) 1ШТ и с заготовки требуется снять большой
припуск.
Дальнейшее увеличение скорости резаиия до 100—120 м/с
может оказаться нецелесообразным, так как потребует значитель-
ных изменений в конструкциях станков и увеличения их стои-
мости.
Если же к качеству обработанных поверхностей предъявля-
ются высокие требования (особенно при шлифовании труднооб-
рабатываемых материалов), то их легче и целесообразнее выпол-
нить при обычной или пониженной скорости резания (10—35 м/с).
Уменьшение скорости резаиия приводит к увеличению тол-
щин срезов каждым абразивным зерном, в результате чего ра-
стут силы резания, износ круга и высота шероховатости шлифо-
ванной поверхности. В связи с этим шлифование иа низких ско-
ростях (10—25 м/с) должно производиться при небольших глуби-
нах и подачах.
96
Если механизмы станка позволяют автоматически регулиро-
вать скорость резаиия и подачи, то можно применить рабочие
циклы шлифования, в которых одновременно (или согласованно)
изменяются и скорость резания, н глубина, и подачи. В таких цик-
лах предварительная обработка выполняется при жестких режи-
мах и максимально возможной скорости резания, чистовое шли-
фование и выхаживание производится при обычной и пониженной
скоростях резания. Этим достигаются максимальная производи-
тельность и лучшие результаты по точности и качеству обра-
ботки.
При выборе рациональных характеристик кругов для опера-
ций высокоскоростного и высокопроизводительного плоского шли-
фования следует руководствоваться следующими рекомендациями.
1. При выборе абразивного материала следует стремиться к
увеличению прочности и износостойкости абразивных зерен, осо-
бенно если шлифование выполняется с большими сечениями сре-
зов. Этим требованиям удовлетворяют электрокоруиды марок
38А, 91А, 15А, 14А, 13А и 24А. На операциях обдирочного шли-
фования лучше всего зарекомендовал себя циркониевый электро-
корунд марки 38А.
При выполнении операций чистового шлифования желательно
микроскалывание вершин абразивных зерен с образованием ио:
вых мелких и острых режущих кромок. Такому требованию удо-
влетворяет белый электрокоруид марки 24А и моиокорунд мар-
ки 44А. Зерна из эльбора также хорошо зарекомендовали себя
WjVA ЧйУЖЗргЛЯЖЧИ. -I'd —-TQ> Wi/t.
2. Зернистость круга при переходе иа более высокую скорость
резаиия можно оставить без изменения или же увеличить в слу-
чае работы с большими сечениями срезов.
3. При выборе твердости круга необходимо в первую очередь
учитывать изменения силы резаиия, приходящейся на каждое аб-
разивное зерно: при увеличении силы следует применять круги
более высокой твердости.
Если переход на высокие скорости резания сопровождается
значительным увеличением глубины резаиия и подач, то одновре-
менно с увеличением твердости иа одну-две степени следует при-
нять весь известный комплекс мер для предотвращения прижогов
(подача СОЖ под давлением, увеличение, продольной подачи за-
готовки и др.).
4. При выборе структуры и связки круга следует учитывать,
что увеличение скорости резания требует применения более от-
крытых структур шлифовальных кругов (особенно если обработка
производится с большими сечениями стружек). Вид связки круга
при переходе на высокоскоростное шлифование обычно не меня-
ется, хотя свойства каждого вида связки усовершенствуются с
целью увеличения прочности круга на разрыв. Для точного шли-
фования чаще применяют керамические, а для операций обди-
рочного шлифования — бакелитовые связки.
Применение высокоскоростного шлифования. позволяет в не-
сколько раз уменьшить основное время обработки, и тогда во
многих случаях достижение высокой производительности опера-
ции шлифования ограничивается большим временем иа различные
вспомогательные приемы работы: установку и снятие заготовки,
ее измерение во время обработки, правку круга, холостые ходы
97
chipmaker.ru
узлов станка, переналадку станка на выполнение другой опера-
ции. В современном станкостроении эти задачи решаются путем
создания универсальных станков, обладающих высокой степенью
автоматизации, оснащенных системами ЧПУ, быстропереналажи-
ваемой оснасткой, адаптивными системами, автоматическими
устройствами для правки круга и компенсации его износа при
правке, роботами и другими загрузочными устройствами. Умелое
использование этих средств и применение оптимальных рабочих
циклов шлифования позволяет существенно увеличить производи-
тельность и расширить технологические возможности плоского
шлифования.
14. Обдирочное шлифование
Обдирочное шлифование широко применяют в металлургиче-
ском и литейном производстве, а также в заготовительных цехах
машиностроительных заводов для зачистки и предварительной
обработки проката, поковок, отливок и других заготовок.. При
этом снимаются большие припуски, достигающие десятков мил-
лиметров. Обработку ведут на специальных обдирочно-шлифо-
вальных станках шлифовальными кругами диаметром 600 мм и
больше, на подвесных, маятниковых станках кругами диаметром
300—400 мм, а также с помощью ручных шлифовальных маши-
нок кругами диаметром 150—175 мм. Большинство станков рабо-
тает при регулируемой силе прижима шлифовального круга к за-
готовке.
Для операций обдирочного шлифования используют крупно-
зернистые шлифовальные круги из электрокорундов (нормального,
циркониевого) или карбида кремния черного на бакелитовой
(иногда на керамической) связке. Зернистость кругов 63—250,
твердость С2 — ЧТ. Прочность электрокорундовых кругов на ба-
келитовой связке позволяет работать с высокими скоростями ре-
зания и с большой силой прижима круга к заготовке (до 10 кН
и более).
Основным требованием к операции обдирочного шлифования
является достижение наибольшей скорости съема металла (про-
изводительности) при минимальном износе круга. Во многих слу-
чаях при обработке необходимо избежать прижогов и трещин, а
также выдержать заданную высоту шероховатости обработанной
поверхности. Процесс осуществляется в режиме равномерного са-
мозатачивания круга, без правки. Режим самозатачивания дости-
гается выбором рациональной характеристики круга и изменением
силы его прижима к заготовке.
Широкие возможности обдирочного шлифования позволяют
сделать этот процесс весьма производительным. При этом шеро-
ховатость обработанных поверхностей получается значительно
меньше, чем после строгания или фрезерования.
Увеличение скорости резания при обдирочном шлифовании
позволяет существенно увеличить скорость съема металла за счет
1 увеличения количества абразивных зерен, проходящих зону шли-
фования и снимающих стружку в единицу времени, а также в
ряде случаев за счет уменьшения сопротивления резанию. С дру;
гой стороны, скорость съема металла увеличивается с увеличе-
нием силы прижима круга к заготовке. Следовательно, чтобы
получить большие скорости съема металла, необходимо увеличи-
98
вать, насколько это возможно, оба параметра: и скорость, и
силу прижима круга к заготовке.
За последние годы существенно увеличились скорости реза-
ния, а также силы прижима круга при обдирочном шлифовании.
В качестве примера в табл. 10 приведены усредненные показа-
тели темпов развития обдирочного шлифования за 25 лет. Из
данных таблицы видно, что скорость резания увеличилась в 2,2—
2,5 раза, а сила прижима круга к заготовке — в несколько де-
сятков раз. При этом скорость съема металла возросла примерно
в десять раз, а стоимость снятия одного килограмма припуска
уменьшилась в пять-шесть раз,
Таблица 10. Развитие процесса обдирочного
шлифования
Показатель Годы
195Э 1955 1959 1970 1980
Скорость реза- ния, м/с Сила прижима 35—50 40—50 60 80 80-120
0,5 1,5-2,0 2,5—3,0 5,0-7,5 10,0—20,0
круга, кН Мощность при- 10—15 35-40 50-60 70-115 150—200
вода круга, кВт Скорость съема металла, кг/ч 30 70 130 200 250-300
Относительная (к 1950 г.) стои- мость снятия 1 кг металла 1,0 1,1 0,55 0,25 0,18
Достигнутые результаты позволяют в ряде случаев заменить
фрезерование шлифованием. Например, результаты сопоставления
двух операций при обработке чугунной болванки с размерами
850 X 215 X 150 мм показали, что шлифование бакелитовым кру-
гом со скоростью 80 м/с и силой прижима круга 10 кН на стан-
ке с мощностью привода круга 150 кВт дает возможность умень-
шить штучное время обработки по сравнению с фрезерованием
в 1,5 раза, причем главным образом за счет сокращения основ-
ного времени (табл. 11).
Для процесса обдирочного шлифования характерны большие
силы резания, резкие колебания припуска, неравномерная удар-
ная нагрузка на круг и высокая теплонапряженность в зоне об-
работки. Все это создает весьма тяжелые условия для нормальной
работы шлифовального круга. В связи с этим к обдирочным кру-
гам предъявляют высокие требования по прочности иа разрыв,
теплостойкости, износостойкости абразивных зерен, прочности их
закрепления связкой.
Производительность обдирочного шлифования определяется
свойствами обрабатываемого материала, возможностями обди-
рочно-шлифовальных станков (мощностью и жесткостью.
99
chipmaker.ru
Таблица 11. Сравнение различных методов
обдирки чугунной болванки по составляющим
штучного времени
Составляющие Продолжительность, мин
при фрезе- ровании при шлифо- вании
Основное время Вспомогательное время (установка заготовки) Время, затрачиваемое на измерения Время, затрачиваемое на управле- ние станком 23,08 22,10 6,05 16,91
1,80 2,00 1,08 3,11
Сумма: 48,98 32,95
Подготовительно-заключительное время 68,8 24,0
допускаемой скоростью резания и силой прижима круга) и пра-
вильным выбором характеристики круга.
Физико-механические свойства обрабатываемого материала,
его сопротивление резанию оказывают большое влияние на эф-
фективность обработки. Так, углеродистые и малолегированные
стали обрабатываются значительно легче, с большей производи-
тельностью, чем высоколегированные стали и жаропрочные кис-
лотостойкие сплавы. Химический состав стали также существенно
влияет на эффективность обработки: элементами, улучшающими
качество обработки, являются углерод, алюминий, азот, а эле-
ментами, ухудшающими ее, — никель, хром, марганец, вольфрам,
кобальт. Отрицательное действие оказывает также наличие в со-
ставе стали ванадия, титана, кремния и ниобия.
Различие физико-механических и химических свойств мате-
риалов оказывает влияние прежде всего на скорость съема ме-
талла и коэффициент шлифования (отношение массы отшлифо-
ванного материала к массе изношенного при этом абразива). На-
пример (по данным ВНИИАШ), при обдирочном шлифовании
различных сталей кругом ПП600 X 75 X 203 38А200ЧТБ при ско-
рости 80 м/с и силе прижима круга 8 кН получены следующие
результаты!
Марки стали Скорость Коэффициент шлифования,
съема, кг/ч кг металла/ /кг абразива
ЭИ 417 200 60
12Х18Н10Т . . . 190 52
08Х18Н10Т . . . 130 35
ЭП 56 80 10
100
Для эффективного выполнения операции обдирочного шлифо-
вания важным является выбор рациональной характеристики
круга.
При шлифовании сталей и жаропрочных сплавов применяют
нормальный электрокорунд марок 13А и 14А, формокорунд в
виде мелкокристаллических прочных цилиндриков (или призм)
диаметром 1,2—2,8 мм и длиной 3,8—4,0 мм и циркониевый элек-
трокорунд марок 38А-3 и 38А-5 (содержание оксида циркония
не менее 20 %) в виде плотных зерен, имеющих мелкокристалли-
ческую структуру. При шлифовании заготовок из чугуна и цвет-
ных металлов применяют карбид кремния черный марок 53С
и 54С.
Для наиболее тяжелых режимов работы (сила прижима кру-
га более 5 кН) следует применять циркониевый электрокорунд,
имеющий по сравнению с нормальным более высокую (на 7—
10 %) прочность, повышенные вязкость, износостойкость и хими-
ческую инертность при высоких температурах. Формокорунд
(спеченный электрокорунд) также можно применять при больших
силах прижима круга к заготовке.
Для более легких режимов при работе на подвесных или
переносных станках применяют нормальный электрокорунд или
смесь нормального с циркониевым электрокоруидом.
При выборе зернистости круга при обдирочном шлифовании
следует руководствоваться правилом: чем крупнее зерно, тем
большей силой прижима можно нагрузить круг и тем выше ско-
рость съема металла (кроме случаев, когда необходимо выдер-
жать более жесткие требования по шероховатости обработанной
поверхности; зернистость в таких случаях уменьшают с 250—160
до 125, 80, 63 и даже 50).
В литейном и металлургическом производствах для зачистки
крупных заготовок с большими припусками применяют круги
зернистостью 250, 200, 160 и 125. При этом для зачистки слит-
ков, слябов и крупного проката выбирают зернистость 150 и 200,
а для зачистки профильного проката — 160 и 125. Часто приме-
няют смеси зерен различной зернистости, например 200/125/40
или 160/125.
Выбор твердости круга также зависит от режима обработки
и возможностей станка. При больших силах прижима, достигаю-
щих 5—8 кН и более, применяют круги высокой твердости
(СТЗ—ЧТ); при более легких режимах — меньшей твердости
(С2—СТ1). Вообще задачу выбора рациональной твердости круга
обычно решают подбором кругов различной твердости. Если
круг излишне мягкий, то, несмотря на его высокие режущие
свойства, быстрый износ круга приводит к увеличению себестои-
мости операции шлифования. Излишняя твердость круга приво-
дит к тому, что режим самозатачивания переходит в режим за-
тупления, при этом скорость съема металла уменьшается, могут
появиться прижоги и трещины и потребуется правка круга. Если
увеличением силы прижима круга к заготовке ие удается до-
стигнуть равномерного самозатачивания, то приходится умень-
шать твердость круга.
Рекомендуемые характеристики кругов для плоского обдироч-
ного шлифования различных материалов на подвесных станках
приведены в табл. 12.
101
chipmaker.ru
Таблица 12. Рекомендуемые характеристики кругов
для обдирочного шлифования различных материалов
Обрабатываемый материал Характеристика круга
Абразивный материал Зерни- стость Твердость
Чугун серый 53С; 54С 80-125 СТ1— стз
Чугун ковкий отожженный 13А 80—125 СТ1—СТ2
Чугун ковкий (крупные отливки) 13А; 14А 80—125 СТЗ — Т1
Сталь конструкционная незакаленная 13А; 14А 80—125 СТ1 - стз
Сталь углеродистая ин- струментальная закален- ная 13А; 14А 50-80 СТ2 — СТЗ
Сталь легированная и бы- строрежущая незакален- ная 13А; 14А 80—160 СТ1— СТЗ
Сталь коррозионно-стой- кая незакалеиная 14А; 15А 50-125 С2 — СТ1
Сталь марганцовистая отожженная 13А; 14А 80—125 СТ2 — СТЗ
Рельсовая сталь 13А; 14А 80—125 СТЗ — Т2
Сталь рессорно-пружин- ная холоднокатаная, закаленная 13А; 14А 80—125 СТ2 — СТЗ
Выбор круга заданной прочности определяется условиями
обработки: шлифование на больших стационарных обдирочно-
шлифовальных станках с силой прижима круга к заготовке, до-
стигающей 5 и даже 10 кН, и со скоростью 80—100 м/с требует
резкого увеличения прочности кругов. Существуют различные
способы увеличения прочности кругов на бакелитовой связке:
усовершенствование свойств бакелитовой связки и техноло-
гии изготовления кругов;
упрочнение зоны отверстия круга за счет мелкозернистой
структуры и армирования металлическими кольцами;
упрочнение круга путем выбора образивного материала и на-
полнителя;
изготовление кругов без центрального отверстия.
Современные высокопрочные обдирочные круги изготовляют
методом горячего прессования с наполнителями из пирита, крио-
лита, окиси кальция и других материалов. Эти круги выпуска-
ются следующих размеров: ПП500Х63Х203; ПП600Х75Х203,
ПП800Х75Х305. Их прочность на разрыв достигает 24—30 МПа,
поичем большие значения прочности относятся к кругам из цир-
кониевого электрокорунда, меньшие — из нормального электро-
коруида. Круги могут работать при скорости 60—70 м/с.
Так как увеличение зернистости обычно приводит к некото-
рому снижению прочности, то применяют смешанное зерно (иа-
102
Пример. 200/125/40). Это позволяет увеличить прочность на раз-
рыв до 32 МПа.
Дополнительное упрочнение круга мелкозернистой структурой
в зоне отверстия (из карбида кремния 64С зернистостью 12) и
армированием двумя-тремя металлическими кольцами, заклады-
ваемыми в абразивную массу тоже в зоне отверстия, позволяет
увеличить рабочую скорость круга до 80 м/с.
Обдирочное шлифование такими кругами на станках с мощ-
ностью привода круга 100—150 кВт и при силе прижима до
10 кН позволяет получить съем металла 150—300 кг/ч при ко-
эффициенте шлифования, равном 10—60 кг мет./кг абр.
Шлифование ручными машинами применяют для зачистки
литья и других заготовок. При работе шлифовальная машинка
с кругом находится в руках у рабочего, поэтому она должна
быть по возможности легкой и обеспечивать минимальный уро-
вень вибраций при обработке. С другой стороны, процесс равно-
мерного самозатачивания здесь нельзя регулировать усилием
прижима круга к заготовке, так как усилие прижима определяет-
ся ограниченной силой рабочего, а следует обеспечивать выбором
рациональной характеристики круга.
Шлифовальные машинки работают при скоростях 40, 60 и
80 м/с. Применение высоких скоростей резания позволяет полу-
чить интенсивный съем металла с небольшой силой прижима
круга к заготовке, т. е. обеспечивает «легкое» шлифование. При
этом должны быть выполнены более жесткие требования к виб-
роустойчивости машинки, к прочности и уравновешенности шли-
фовального круга.
Необходимая прочность кругов обеспечивается упрочнением
центральной части круга мелкозернистой структурой и армирова-
нием стеклотканью. Шлифовальные круги ПП125X25X32 (наибо-
лее распространенный типоразмер) изготавливают на бакелитовой
связке методом холодного прессования. Мелкозернистая середина
круга состоит из абразивных зерен 63С зернистостью 12, испы-
тательная скорость равна 120 м/с.
Неуравновешенность при установке круга на шпиндель ма-
шинки возникает из-за погрешностей формы круга, неоднородно-
сти его плотности и неточности установки. Для ручных машинок
дисбаланс устанавливаемых кругов не должен превышать 0,4 %
от массы круга (для кругов ПП125Х25Х32 это составляет 2,8 г).
Для уменьшения неуравновешенности круги подвергают ме-
ханической обработке с жесткими допусками, а отверстие калиб-
руют металлической или полихлорвиииловой втулкой или пара-
фином.
При выборе характеристики круга основное внимание долж-
но быть уделено обеспечению самозатачивания круга с сохране-
нием высокой режущей способности. Для зачистки чугунных от-
ливок круги ПП125 Х25Х32 14А80/54С80СТ1Б удовлетворяют
этому требованию при скорости съема металла 50—65. г/мин н
коэффициенте шлифования 15—20 г металла/г абразива. Можно
достигнуть значительно больших значений коэффициента шлифо-
вания, увеличив твердость круга и уменьшив соответственно его
износ, ио тогда процесс перейдет в режим преимущественного
затупления, что для процесса ручного шлифования является не-
желательным.
103
chipmaker.ru
15. Механизация
и автоматизация шлифовальных операций
В цикл операции шлифования заготовки входят следующие
рабочие и вспомогательные приемы: установка и закрепление за-
готовки на столе станка в определенном положении, обеспечиваю-
щем выполнение требуемых размеров; быстрый подвод и уста-
новка шлифовального крута в заданном положении; включение
подачи СОЖ, включение рабочих подач и начало шлифования;
последовательное переключение подач для снятия всего припуска
при определенном рабочем цикле, обеспечивающем минимальное
время обработки; отвод крута и остановка станка; измерение по-
лученных размеров и повторение (если это^ необходимо) заклю-
чительного этапа рабочего цикла обработки; снятие готовой де-
тали со станка; правка шлифовального круга по определенному
режиму.
При работе на универсальных шлифовальных станках боль-
шинство приемов и последовательность их выполнения осуществ-
ляются самим рабочим. Причем некоторые рабочие и вспомога-
тельные приемы рабочий выполняет переключением рукояток
управления станком, а некоторые — вручную (например, уста-
новку и закрепление заготовки, измерение размеров и т. д.).
Всю последовательность (при рамму) обработки рабочий на-
мечает сам. используя операционную технологическую карту и
свой собственный опыт. Замена ручных рабочих и вспомогатель-
ных приемов работы механическими, осуществляемыми с по-
мощью электро-, гидро- или пневмодвигателей с соответствую-
щими механизмами перемещения, составляет основную суть ме-
ханизации шлифовальных операций.
Замена ручного управления всеми действиями, составляю-
щими операцию, автоматическим управлением по заданной про-
грамме является основой автоматизации шлифовальной операции.
В этом случае рабочий только наблюдает за ходом выполнения
операции.
Механизация может быть частичной, когда механизируется
только часть движений (например, механизированный ускоренный
подвод круга к заготовке, применение пневматического способа
закрепления заготовки), или комплексной, когда все движе-
ния механизируются, а рабочий только управляет станком, поль-
зуясь рукоятками, кнопками и другими элементами переклю-
чения.
Автоматизация также может быть частичной, когда произ-
водится автоматическое управление частью рабочих и вспомога-
тельных приемов (например, автоматическое управление рабочим
циклом обработки), или комплексной, когда вся программа об-
работки заготовки (включая установку заготовки, измерение раз-
меров) осуществляется на автоматически действующем стайке с
единой системой управления, включающей программные устрой-
ства и электронно-вычислительные машины.
До последнего времени уровень механизации и автоматиза-
ции был тесно связан с типом производства: в условиях единич-
ного и мелкосерийного производства, когда на каждом рабочем
месте обрабатывалась широкая номенклатура различны.: загото-
вок, этот уровень был невысок, так как трудно было обеспечить
104
быструю автоматическую переналадку станка на обработку новой
заготовки; в условиях крупносерийного и массового производ-
ства уровень механизации и автоматизации был высок за счет
применения станков-автоматов.
В настоящее время происходит интенсивный рост уровня ме-
ханизации и автоматизации в мелкосерийном, серийном и даже
единичном производстве за счет применения шлифовальных стан-
ков с программным управлением, адаптивных систем управления,
использования роботов, выполняющих функции рабочего, единых
управляющих центров, оснащенных современными вычислитель-
ными машинами. Все это дает возможность автоматически (по
заданной программе) быстро переналаживать технологическую
систему на обработку новой заготовки, контролировать точность
и качество обработки, повышать производительность и стабиль-
ность качества обработки заготовок.
Решение этой проблемы имеет не только технико-экономиче-
ское, но и большое социальное значение. Так, применение нового
сложного оборудования, управляющих систем, роботов требует
для их обслуживания после высокого уровня подготовки рабо-
чих и инженерных кадров, существенно изменяет организацион-
ную структуру производства.
Решение задач механизации и автоматизации операций пло-
ского шлифования на универсальных станках связано с рядом
трудностей, особенно при шлифовании сложных профилей на
стайках с прямоугольным столом.
Современные плоскошлифовальные станки имеют автоматиче-
ские подачи (поперечную, вертикальную), быстрый подвод и от-
вод шлифовального круга, вывод стола в зону загрузки заго-
товки, возможность работы по автоматическому циклу, програм-
мированный съем припуска с цифровой индикацией, устройства
для автоматической правки круга с компенсацией износа (вклю-
чая правку по заданному сложному профилю) и другие средства
механизации и автоматизации.
Для программированного съема припуска по заданному ра-
бочему циклу (черновая и чистовая подачи, выхаживание) и обес-
печения конечного размера на станках с прямоугольным столом
применяют автоматическую вертикальную подачу круга от шаго-
вого электродвигателя, регулируемую в диапазоне 0,001—0,06 мм
и происходящую в конце каждого хода стола при врезном шли-
фовании без поперечной подачи или после каждого прохода (при
шлифовании с поперечной подачей). Установка толщины снимае-
мого слоя производится с помощью электроконтактного индика-
тора, перемещающегося со шлифовальной бабкой и переставляе-
мого вдоль стойки упора с микрометром (см. рис. 14). Перед
достижением заданного размера прецизионный выключатель в ин-
дикаторе осуществляет переключение с предварительно установ-
ленного значения черновой подачи иа чистовую подачу, которая
прерывается при достижении заданного размера. Далее следует
автоматическое включение операции выхаживания, продолжитель-
ность которой регулируется бесступеичато. После выхаживания
круг возвращается в заданное исходное положение и станок ав-
томатически выключается. Контрольные лампочки иа стайке ука-
зывают моменты начала и окончания отдельных этапов рабочего
цикла.
105
chipmaker.ru
Компенсация износа при правке шлифовального круга произ-
водится следующим образом: при каждой правке одновременно с
подачей правящего алмаза происходит соответствующее переме-
щение электроконтактного индикатора вверх (равносильное до-
Рис. 28. Схемы рабочих циклов шлифования
полнительной подаче круга вниз на толщину снятого при правке
слоя абразива), обеспечивающее получение заданного размера.
В качестве примера на рис. 28, а, б показаны две схемы ра-
бочих циклов шлифования. Первая схема (рис. 28, а) предусма-
тривает черновую подачу для снятия большей части припуска
(участки 1—2), чистовую подачу (участки 2—3), выхаживание
(участки 3—4) с заданным временем (или числом проходов),
возврат круга в исходное положение (участок 5) и выключение
станка. Вторая схема (рис. 28,6) предусматривает реализацию
106
того же рабочего цикла, ио с введением автоматической правки
круга между черновой и чистовой подачами.
Адаптивные (или самонастраивающиеся) системы являются
разновидностью системы автоматического управления с обратной
связью. Адаптивное управление работой станка предусматривает
автоматическое регулирование каких-либо параметров (например,
режимов шлифования) применительно к конкретным условиям
обработки с обеспечением заданных требований; регулируемый па-
раметр должен поддерживаться постоянным или изменяться по
заданному законе при обработке каждой заготовки. Примером
может служить адаптивная система управления вертикальной по-
дачей шлифовального круга с учетом его размерного износа или
управление продольной подачей для обеспечения постойного зна-
чения радиальной силы резания (при случайных колебаниях при-
пуска продольная подача изменяется, обеспечивая неизменное
значение радиальной силы). Для реализации подобных систем
адаптивного управления необходимы специальные датчики и ус-
тройства, постоянно измеряющие текущее значение износа круга
силы резания или параметров качества шлифуемой поверхности,
с тем чтобы после соответствующего преобразования эта инфор-
мация служила сигналом для изменения режима обработки
Плоскошлифовальные станки с числовым программным уп-
равлением работают по заданной программе с использованием
носители программы. В узле программы входят приемные устрой-
ства, автоматы устройства для считывания программы и переме-
щения программоносителя. В узле программы сосредоточена вся
инфоп мания, необходимая и достаточная для автоматического
выполнения станком всех элементов операции. Эта информация
преобразуется в электрические импульсы, которые поступают в
узел управления и перерабатываются в рабочие команды, идущие
к исполнительным механизмам станка. Система имеет обратную
связь. Примером станка с программным управлением является
плоскошлифовальный станок с прямоугольным крестовым столом
и горизонтальным шпинделем модели ЗЕ721ВФЗ-1. Станок осна-
щен шаговыми двигателями и системой ЧПУ типа Н55-1 и пред-
назначен для шлифования профилей, представляющих собой от-
резки прямых, дуг окружностей н других кривых
На плоскошлифовальном станке модели ЗЕ711ВФ-1 система
ЧПУ типа У37-820 применяется для управления автоматической
вертикальной подачей шлифовальной бабки.
На станке модели ЗЕ711ВФЗ-1, предназначенном для шлифо-
вания сложных профилей методом врезного шлифования перифе-
рией или торцем круга, применена система ЧПУ типа НЗЗ-1Н,
управляющая механизмом правки круга по заданному профилю.
Chipmaker.ru
chipmaker.ru
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абразивные материалы и инструменты: Каталог-справ. М.:
НИИмаш. 1981. 389 с.
2. Егоров М. Е., Дементьев В. И., Дмитриев В. Л. Техноло-
гия машиностроения. М.: Высш, шк., 1976. 534 с.
3. Кудасов Г. Ф. Плоское шлифование. М.; Л.: Машинострое-
ние, 1967. 106 с.
4. Лоскутов В. В. Шлифование металлов. М.: Машинострое-
ние, 1979. 247 с.
.5 . Лурье Г. Б., Комиссаржевская В. Н. Шлифовальные стан-
ки и их наладка. М.: Высш, шк., 1972. 415 с.
6. Лурье Г. Б., Комиссаржевская В. Н. Устройство шлифо-
вальных станков. М.: Высш, шк., 1983. 214 с.
7. Станки плоскошлифовальные ЗЕ711ВФ1, ЗЕ711АФ1,
ЗЕ711В, ЗЕ721ВФ1-1, ЗЕ721АФ1-1, ЗЕ721В-1, ЗЕ711В-1, ЗЕ710А:
Руководство по эксплуатации. М.: Станкоимпорт, 1980. 84 с.
8. Универсальные металлорежущие станки; Номенклатур, кат,
М.: НИИмаш, 1981. 148 с,
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие .......................................... 3
Глава 1. Методы и особенности плоского шлифования ... 5
1. Схемы и режимы плоского шлифования................ —
2. Особенности процесса плоского шлифования ... .11
3. Абразивные инструменты для плоского шлифования . . 19
4. Износ и стойкость шлифовальных кругов..............27
Глава 2. Плоскошлифовальные станки и их наладка ... 35
5. Общие сведения и техническая характеристика станков —
6. Плоскошлифовальные станки с прямоугольным крестовым
столом и горизонтальным шпинделем.....................40
7. Плоскошлифовальные станки с круглым столом . . . . 48
8. Типовые испытания и регулирование плоскошлйфовальных
станков ..............................................51
9. Технологическая оснастка для плоскошлйфовальных стан-
ков ................................................ 59
Глава 3. Технология плоского шлифования и основные направ-
ления его развития........................................63
10. Основные понятия о технологическом процессе. Нормирова-
ние шлифовальной операции..................................—
11. Точность и качество шлифованных поверхностей . 69
12. Выбор характеристики шлифовального круга .... 82
13. Высокоскоростное шлифование......................... 92
14. Обдирочное шлифование............................... 98
15. Механизация и автоматизация шлифовальных операций 104
Список литературы......................................... 108
Chlpmaker.ru
chipmaker.ru
Chipmaker.ru
Леонид Николаевич Филимонов
Плоское шлифование
(Б-чка шлифовальщика, выпуск 6)
Редактор Л. М. Манучарян
Художественный редактор С. С. Венедиктов
Технический редактор П. В. Шиканова
Корректор Н. Б. Старостина
Обложка художника В. Э. Нефедовича
ИБ № 4072
Сдано в набор 12.03.85. Подписано в печать 05.09.85. М-26592. Формат 84ХЮ8’/м.
Бумага типографская кн.-журн. имп. Гарнитура литературная. Печать вы-
сокая. Усл. печ. л. 5,88. Усл. кр.-отт. 6,09. Уч.-изд. л. 7,61. Тираж 25 000 экз.
Заказ 531, Цена 45 к.
Ленинградское отделение ордена Трудового Красного Знамени
издательства «МАШИНОСТРОЕНИЕ»
191065, Ленинград, ул. Дзержинского, 10
Ленинградская типография № 2 головное предприятие ордена Трудового
Красного Знамени Ленинградского объединения «Техническая книга»
им. Евгении Соколовой Союзполиграфпрома при Государственном комитете
СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
198052, г. Ленинград, Л-52, Измайловский проспект, 29.
chipmaker.ru
Chi/'maker.ru
Mu ш иное троение
библиотечка гилифовщика
ПЕРЕЧЕНЬ ВЫПУСКОВ
Выпуск 1. М. Г. Эфрос, В. С. Миронюк.
Современные абразивные инструменты
Выпуск 2. В. И. Муцяико
Основы выбора шлифовальных кругов и их подготовка к
эксплуатации
В ыпу ск 3. Г. Б. Лурье
Прогрессивные методы круглого наружного шлифования
В ы п у с к 4. В. Л. Акимов, В. А. Иванов
Внутреннее шлифование
Выпуск 5. В. И. Муцянко
Бесцентровое шлифование
Выпуск 6. Л. Н. Филимонов
Плоское шлифование
Выпуск 7. С. А. Попов
Заточка режущего инструмента
Выпускб. Г. В. Боровский, В. Л. Белостоцкий
Профильное шлифование
В ы п у с к 9. 3. И. Кремень, И. X. Стратиевский
Хонингование и суперфиниширование деталей
Выпуск 10. 3. И. Кремень
Обработка свободным абразивом
Выпуск 11. А. П. Гавриш
Шлифование и доводка магнитных материалов
Выпуск 12. Н. В. Никитков, В. Б. Рабинович, В. Н. Субботин,
Н. Н. Шипилов
Скоростная алмазная обработка деталей из технической ке-
рамики