/
Текст
в СЕСОЮЗНЫЙ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
КОНСТРУНТОРСНО-ТЕННОЛОГИЧЕСНИЙ
ИН СТ ИТУТ
подшипниковой
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
М ЕТОДЫ
БЕСЦЕНТРОВОГО
ШЛИФОВАНИЯ
ПОВЕРХНОСТЕЙ
ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ
(ДЕТАЛЕЙ ПОДШИПНИКОВ
КАЧЕНИЯ)
СПЕЦИНФОРМЦЕНТР
МОСКВА 1970
СССР
ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ КОНСТРУКТОРСКО-
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПОДШИПНИКОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
-внипп-
И.П. КУЗНЕЦОВ
М ЕТОДЫ
БЕСЦЕНТРОВОГО
ШЛИФОВАНИЯ
ПОВЕРХНОСТЕЙ
ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ
1 (ДЕТАЛЕЙ ПОДШИПНИКОВ
КАЧЕНИЯ)
“1
(Обзор)
“Библиотека Машиностроителя”
www.lib-bkm.ru
Специализированный информационный центр
подшипниковой промышленности
Москва
1970
“Библиотека Машиностроителя”
www.lib-bkm.ru
Научный редактор Э.П. САВЕНОК
Редактор И.Ф. Екименко
Технический редактор З.П. Пасечник
Корректооы Т.Е. Павлова, В.В. Шитова
Л59001. Подписано к печати 11/ХП 1969 г.
Формат бумаги 60x90/16. Объем п.л. 7,37
Уч.-изд.л. 5. Тираж 460 экз.
Цена I руб. 80 коп. Заказ 13
Ротапринтная ВНИППа
Москва, 1-88, 2-я ул. Машиностроения, 25
ВВЕДЕНИЕ
Развитие современных скоростных и сверхскорост-
ных двигателей* а также приборов и устройств автома-
тизации в машиностроении как в СССР, так и за грани-
цей направлено на обеспечение увеличения скоростей
рабочих процессов, точности вращения валов, расшире-
ния диапазона рабочих температур и возможности работы
в условиях коррозионных сред. При этом в подавляющем
большинстве современных двигателей и приборов враща-
тельное движение осуществляется на опорах подшипников
качения. Поэтому к современным и перспективным под-
шипникам качения предъявляются требования по обеспе-
чению более длительных гарантийных сроков службы, вы-
соких точностей, быстроходности, теплоустойчивости,
малошумности, антикоррозионности и т.п. Главным обра-
зом это относится к подшипникам высоких классов точ-
ности специального назначения.
Для удовлетворения основных требований по качес-
тву классных подшипников качения необходимо совершен-
ствовать и внедрять перспективную и прогрессивную тех-
нологию их производства. Принципиальной основой такой
технологии шлифования деталей подшипников качения,
имеющих форму тел вращения, являются методы бесцент-
рового шлифования. Эти методы высокопроизводительны,
3
позволяют вести шлифование с заданной точностью, кон-
структивно удобны для автоматизации загрузки и выг-
рузки изделий и автоматической подналадки по мере из-
носа круга. При современных возможностях технологии
машиностроения, станкостроения и приооростроения мож-
но создавать процессы шлифования и доводки деталей
подшипников на основе широкого применения методов
бесцентрового шлифования с полной автоматизацией шли-
фовально-доводочных операций.
Наиболее производительным методом шлифования от-
верстий внутренних колец до настоящего времени счита-
ется метод одновременного шлифования двух и более ко-
лец на патронном полуавтомате. Но до сих пор нет та-
кого надежно действующего полуавтомата для многомест-
ного шлифования отверстий колец на автоматических ли-
ниях крупносерийного и массового производства. Поэто-
му для шлифования отверстий внутренних колец подшип-
ников начали применять бесцентровый внутришлифоваль-
ный автомат, который удобно встраивается в автомати-
ческие линии, хотя одновременно на нем можно шлифо-
вать только одно кольцо. На этом автомате изделие
приводится во вращение ведущими кругом и роликом
(вместо опорного ножа). Для надежности постоянного
контакта с двумя вращающимися опорами имеется допол-
нительный прижимной ролик.
Такой метод шлифования посадочных отверстий
внутренних колец с базой по шлифованному цилиндриче-
скому бортику и дорожек качения наружных колец с ба-
зой по шлифованной наружной цилиндрической поверхно-
сти является прогрессивным (улучшается точность, сни-
жаются разностенность, гранность и овальность). При
автоматизации загрузки и разгрузки изделий сокращают-
ся простои и стабилизируется вспомогательное время
станочной операции.
4
Несмотря на эти преимущества, метод бесцентрово-
го шлифования на роликах не обеспечивает высокой
жесткости технологической системы шлифовальной опера-
ции, так как она зависит от неизбежных относительных
перемещений ведущего и опорного роликов в направле-
нии действия составляющих сил шлифования.
Для достижения высокой точности размеров и фор-
мы надежней и целесообразней выполнять эту операцию с
базированием на основной взаимосвязанной поверхности
при более жесткой технологической системе, применяя
бесцентровое шлифование отверстий колец на жестких
опорах с базой от внешней шлифованной поверхности
[1 ]• Для шлифования внутренних и наружных колец ша-
рико- и роликоподшипников, имеющих сложную форму тел
вращения, нормальной и более высокой точности серий-
ного и массового производства можно построить несколь-
ко циклов станочных операций бесцентрового шлифова-
ния. Наиболее прогрессивные и перспективные из них
осуществляются по следующим схемам.
Бесцентровое шлифование внутренних колец:
I. Одновременное шлифование двух плоских торцов
колец на горизонтальном плоскошлифовальном двухшпин-
дельном автомате.
2. Бесцентровое шлифование на жестких опорах
сферических, конических и цилиндрических дорожек ка-
чения с базой от шлифуемой поверхности.
3. Бесцентровое шлифование на жестких опорах по-
садочных внутренних цилиндрических поверхностей с ба-
зой от шлифованной дорожки качения.
Бесцентровое шлифование наружных колец:
I. Одновременное шлифование двух плоских торцов
колец на горизонтальном плоскошлифовальном двухшпин-
дельном автомате.
5
2. Бесцентровое шлифование методом продольной
подачи внешних посадочных цилиндрических поверхно-
стей.
3. Бесцентровое шлифование на жестких опорах
сферических, конических и цилиндрических дорожек ка-
чения с базой от шлифованной наружной цилиндрической
поверхности.
Такие циклы технологических операций обеспечива-
ют: получение изделий высокой точности, минимальное
количество шлифовальных операций, конструктивное
удобство автоматизации станочной операции и создание
автоматических линий.
б
ШЛИФОВАНИЕ ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ (ТОРЦОВ КОЛЕЦ)
За последние годы на подшипниковых заводах СССР*
а также на большинстве зарубежных подшипниковых фирм
применяется метод бесцентрового двухстороннего шлифо-
вания одновременно двух плоских торцов колец (рис.1).
Рис. I. Схема одновременного шлифования двух
торцов подшипниковых колец и алмажения шлифо-
вальных кругов (правый круг отведен)
Исследования показали* что при одновременном шли-
фовании двух плоских торцов колец шарикоподшипников
204 и 205 с прямолинейной подачей в зону шлифования
через центр между двумя кругами (с горизонтальной
осью вращения), имеющих небольшие отверстия (диамет-
7
ром до 40 мм), достигается высокая производительность
(20000-40000 колец в смену) и обеспечивается непарал-
лельность плоских поверхностей колец при одном прохо-
де от 2 до 12 мкм, а при трех - от 2 до 6 мкм с шеро-
ховатостью шлифованных поверхностей в пределах 8 клас-
са. Внутренние напряжения при одновременном шлифова-
нии двух торцов уравновешивается, в результате чего
коробление тонких колец исключается.
Для подачи колец из бункера применена непрерывно
движущаяся конвейерная лента, расположенная верти-
кально с небольшим наклоном. На ленте наклонно прик-
реплены планки, которые подхватывают кольца из бунке-
ра и подают к желобу, по которому они поступают к пи-
тателю, проталкивающему их в рабочую зону между двумя
шлифовальными кругами. Число двойных ходов в минуту
питателя а = 50 ♦ 150.
Автомат имеет прибор для автоматической подна-
ладки шлифовальных кругов по мере износа. Шпиндели
шлифовальных кругов монтируются в пинолях, благодаря
чему осуществляется плавная рабочая подача кругов.
Гамма автоматов такого типа утверждена для авто-
матических линий и потоков крупносерийного производ-
ства. СКБ-б спроектированы отечественные автоматы для
шлифования торцов колец. Автоматы такого типа выпус-
кает московский завод "Спецстанок". Указанный метод
шлифования рекомендуется для поточного крупносерийно-
го производства подшипников, в том числе на автомати-
ческих линиях.
Для производства подшипников мелких серий с точ-
ностью класса С и выше рекомендуется после двух про-
ходов на двухстороннем торцешлифовальном автомате или
на шлифовальном полуавтомате с магнитным столом про-
изводить доводку пастой одновременно двух торцов на
вертикальном доводочном станке с чугунными дисками.
8
Исследования [ 2 ] шлифования колец с симметрич-
ными торцами на двухсторонних торцешлифовальных авто-
матах показали» что для съема одинаковых припусков с
обеих сторон необходимо обеспечить одинаковую режущую
способность обоих шлифующих кругов. Круги должны быть
одинаковой характеристики и вращаться с одинаковой
скоростью. При шлифовании колец с несимметричными
торцами, когда сошлифовываются различные припуски ме-
талла с правого и левого торцов, необходимо обеспе-
чить более высокую режущую способность'круга, шлифую-
щего больший торец. Это достигается применением более
мягких и мелкозернистых кругов и большей скорости
вращения. Шлифование малого торца производится более
твердыми кругами с более крупными зернами и меньшей
скоростью вращения.
Для достижения максимальной точности и минималь-
ного расхода кругов необходимо производить шлифование
в два прохода и на разных станках. При шлифовании на
одном станке перед чистовым проходом следует править
круг до получения правильной формы.
Для достижения высокой производительности и точ-
ности решающим фактором является качество шлифоваль-
ных кругов. Износ кругов должен быть равномерным по
всей зоне шлифования.
При шлифовании торцов внутренних колец коничес-
ких роликоподшипников 27709 положительные результаты
могут быть получены со следующими технологическими
параметрами:
£°РПы...................... большой и малый
Характеристики круга....... ЭБ25СМ1Б и ЭБ16С2Б
Скорости круга, об/мин .... 735 и 370
Съемы припуска (черновой
проход), мм ............. 0,13-0,15 и 0,15-0,37
количество двойных тол-
каний ............................. 80
9
БЕСЦЕНТРОВОЕ ШЛИФОВАНИЕ ВНЕШНИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ
Бесцентровое шлифование внешних поверхностей тел
вращения осуществляется следующим образом (рис. 2).
Рис. 2. Схема бесцентрового
круглошлифовального станка
Заготовка 5 надежно опирается на опорный непод-
вижный нож I и ведущий круг 6. При таком положении
она может быть прошлифована на любых режимах, не под-
вергаясь прогибу и вибрации.
10
Отсутствие установки и зажима в центрах позволя-
ет шлифовать прутки, а также заготовки, разрезанные
из прутка, штампованные и литые. Бесцентровому наруж-
ному шлифованию методом продольной или поперечной по-
дачи могут подвергаться все изделия, имеющие внешние
поверхности вращения. Изделия цилиндрические с бор-
тиком, конические, выпуклые, вогнутые и комбинирован-
ной формы могут обрабатываться методом врезания при
условии, если длина шлифования меньше ширины шлифую-
щего круга 4. Ширина этого круга на универсальных
бесцентровых станках не превышает 250-280 мм, а на
специальных достигает 500 и даже 800 мм.
При бесцентровом шлифовании методом поперечной
подачи (врезанием), когда наклон ведущего круга равен
нулю и поверхность опорного ножа параллельна осям
шлифующего и ведущего кругов, обеспечивается получе-
ние цилиндрической формы изделия. Для этого метода
шлифования оси шлифующего и ведущего кругов, а также
опорная поверхность стойки 2, поддерживающей нож со
стороны шлифующего круга, и основание стойки должны
быть параллельны в пределах +0,01 мм. Кулисы 3 для
алмазной правки должны быть параллельны шпинделям
кругов. В случае превышения допуска на непараллель-
ность шпинделей кругов и стойки ножа может образо-
ваться коническая поверхность изделия. В этом случае
корректируют правку шлифующего круга или регулируют
ориентировочную базу 7, поддерживающую систему стойки
и ведущего круга.
На рис. 3 приведена схема бесцентрового шлифова-
ния методом поперечной подачи (врезанием) комбиниро-
ванного профиля изделия. Заготовка подается питателем
с возвратно-поступательным движением в зону шлифова-
ния. Опираясь на нож и ведущий круг она занимает no-
il
ложение, ограниченное упором I. Ведущий круг подво-
дится к изделию до регулируемого упора и обеспечивает
получение размера. После шлифования и последующего
выхаживания ведущий круг отводится, чтобы обеспечить:
а) выход шлифованного изделия с помощью выталки-
вателя (механического или пневматического) и баланси-
рующего манипулятора или по способу свободного паде-
ния (см. рис. 3);
б) ввод новой заготовки посредством питателя с
возвратным движением или вручную. Форму шлифующему и
ведущему кругам, соответствующую форме изделия, при-
дают алмазом с помощью продольного копирования, ис-
пользуя гидравлику.
Врезание шлифующего круга осуществляется посред-
ством специальной коробки передач с автоматическим
циклом.
При бесцентровом шлифовании методом продольной
подачи контакт шлифуемой поверхности изделия, во вре-
мя его сквозного движения между кругами, должен сов-
падать с образующей кругового гиперболоида, получен-
ного в результате поворота оси ведущего круга на угол
об и правки алмазом по прямой линии. Угол поворота
ведущего круга«С меняется от 0 до 7° .в сочетании со
скоростью вращения от 10 до 200 об/мин, в зависимости
от назначения шлифования (доводочное, чистовое, гру-
бое и обдирка).
Для подачи коротких цилиндрических роликов в зо-
ну шлифования применяются наклонные желоба, на кото-
рые иэ бункера подаются заготовки. Прошлифованные из-
делия выходят также на эти желоба.
При входе длинных изделий в зону шлифования и
выходе* из нее применяются призматические направляющие
и роликовые люнеты.
12
13
Для направления очень длинных изделий при входе
в зону шлифования и выходе из зоны применяются под-
держивающие ножи, ролики и люнеты.
Проблема долговечности роликоподшипников во мно-
сом зависит от реализации линейного контакта тел ка-
чения и колец при нагружении. Предельно точное обес-
печение идеальной геометрической точности формы и
размеров рабочих поверхностей роликов и колец в комп-
лекте подшипника является весьма сложной технологиче-
ской задачей для серийного и массового производства.
Профессор С.П. Тимошенко обращал внимание на воз-
можность ослабления "краевого эффекта” при нагружении
роликоподшипника и рекомендовал с этой целью предва-
рительное образование заданной симметричной выпуклос-
ти на рабочих поверхностях роликов или колец.
Теоретически можно обосновать и расчетным путем
определить параметры настройки внутришлифовального
станка для образования заданной выпуклости на дорожке
качения наружного кольца роликоподшипника при возв-
ратно-поступательном движении шлифовального круга.
Выпуклость можно получить и методом врезания. Но из-
нос круга и деформации системы СПИД тормозят осущест-
вление устойчивого автоматического регулирования про-
цесса. Поэтому технологически не удается обеспечить
стабильную симметричную выпуклость в заданных преде-
лах.
Шлифовальный круг на бесцентровом станке имеет
большие размеры по диаметру и ширине. Следовательно,
при оптимальной характеристике круга и соблюдении ус-
тановленного периода правки алмазом бесцентровым
шлифованием методом продольной поДачи можно получить
с высокой производительностью симметричную выпуклость
рабочей поверхности роликов с заданной точностью*
14
Бесцентровое шлифование данным методом позволяет по-
лучать цилиндрические ролики с симметричной выпукло-
стью (бочкообразностью) от 0,007 до 0,028 мм с по-
грешностью радиуса выпуклости не более 0,005 мм. Бла-
годаря этому долговечность роликоподшипников увеличи-
вается в 1,5-2»0 раза.
Рис. 4. Схема бесцентрового шлифования выпуклой
поверхности цилиндрических роликов методом про-
дольной подачи
На рис. 4 приведена схема этого метода. Шлифую-
щий круг I радиусом Bj имеет вогнутую, а ведущий круг
3 радиусом - выпуклую рабочую поверхность. Изделия
5 движутся между кругами по изогнутому опорному ножу
2 Радиусом Ед. Сверху их поджимает такой же слегка
подпружиненный нож. При входе и выходе из зоны шлифо-
вания устанавливаются направляющие планки 4 соответ-
ствующей формы.
15
При шлифовании точного симметричного выпуклого
профиля особое значение имеет жесткость и точность
бесцентрового станка, правильное проектирование ос-
настки, точное изготовление и наладка. В оснастку
станка входят копирные фасонные линейки для алмазной
правки кругов, изогнутые опорный и прижимающий ножи и
фасонные направляющие при входе изделий в зону шлифо-
вания и выходе из зоны.
При расчете кривизны профиля деталей оснастки
/"3 J для шлифования выпуклых роликов диаметром от 5
до 20 мм и длиной, равной диаметру, рекомендуется
применять проверенные практикой ВНИППа и заводов сле-
дующие эмпирические данные:
*ш.к = *' + ’
Я d.K = + 5% ,
где ffp - радиус кривизны (выпуклости) образующей
поверхности роликов;
Яш радиус кривизны копирной линейки для
правки алмазом шлифующего круга;
радиус кривизны копирной линейки для
правки алмазом ведущего круга.
Профиль опорного ножа задается соответственно
профилю обоих кругов.
При шлифовании роликов диаметром более 20 мм и
длиной свыше диаметра, а также соответственно увели-
ченным весом создается более сложное движение в зоне
шлифования. С целью устранения возможных следов дроб-
ления около торцов для роликов диаметром от 20 до
50 мм рекомендуется производить расчет профиля дета-
лей оснастки по следующим эмпирическим формулам:
а) для роликов длиной равной диаметру
^ш.к s ZffyRp ;
16
^В.к =^-(20*30%)^ ;
б) для роликов длиной больше диаметра в 1,5-
2,0 раза
р = PD -20$ Vo для диаметров от 20 до
. я' -(го«вд4 30
о * = Ре -(25t35%)V« для диаметров от 30 до
ш.к " 50 мм.
обращенная к шлифующему
ш.к, а обращенная к ве-
Радиус верхней поверхно-
Кривизна опорного ножа,
кругу» должна иметь радиус R
кругу - радиус /?ВфК.
сти опорного ножа рекомендуется подсчитывать по эмпи-
рической формуле
D ш (Ч Ч
°™' sifir'
Радиус направляющих планок соответствует к и
к. Профиль копирных линеек, опорного ножа и направ-
ляющих планок шлифуется на вертикальном плоскошлифо-
вальном станке МШ-25 с наклоном оси чашечного круга
на угол «С
который определяется по формуле
где 27
2RoS
- диаметр чашечного круга;
- радиус кривизны обрабатываемой поверхно-
сти.
При наладке бесцентрового станка предварительно
проверяется параллельность образующих кругов базовой
поверхности опорного ножа. Середина копирной линейки
должна совпадать с серединой как шлифующего, так и
ведущего кругов.
Экспериментально установлено, что угол поворота
оси ведущих кругов шириной 100-150 мм колеблется от
до52ДО°3*0°* а даЯ КР^ГОВ шиРиной 200-250 мм - от 0,8
17
Правка ведущего круга производится в горизон-
тальной плоскости параллельно оси шлифующего круга.
Криволинейность опорного ножа, наличие направля-
ющих планок и верхней криволинейной прижимающей план-
ки, а также расположение центра изделия на 2 ми выше
линии центров кругов стабилизирует процесс бесцентро-
вого шлифования выпуклой поверхности изделий методом
продольной подачи.
Рекомендуются следующие оптимальные характерис-
тики кругов: шлифующий ЭБ12СМВ, ведущий ЭБ12СТВ.
Для увеличения производительности метода бес-
центрового шлифования необходимо увеличивать ширину
круга, совершенствовать автоматизацию подналадки в
зависимости от его износа и проводить активный конт-
роль в процессе обработки. Необходимо также форсиро-
вать режимы шлифования.
Использование на автоматических линиях специаль-
ных бесцентрово-шлифовальных станков с широкими кру-
гами <Н=800 мм) показало, что эти станки успешно об-
рабатывают изделия в потоке. Применение их в автома-
тических линиях является перспективным.
Основным недостатком бесцентрового шлифования
является изготовление изделий некруглой формы.
В результате исследований [ 4 ] процесса исправ-
ления некруглостей при круглом наружном шлифовании в
центрах и для изменения первоначальной погрешности во
времени получено аналитическое выражение
Л
где дв - начальная погрешность изделия;
- начальный натяг системы;
' s0 - интенсивность съема металла;
t - время шлифования.
18
Исходная погрешность До при многопроходном про-
цессе круглого шлифования в центрах может быть умень-
шена и доведена до любого заданного значения . Для
этого требуется соответствующий припуск, необходимое
количество проходов и время на шлифование.
При бесцентровом круглом наружном шлифовании мы
встречаемся не только с уменьшением исходной погреш-
ности, но и с образованием новых погрешностей формы,
не вызываемых исходной погрешностью заготовки. Второй
вопрос является более сложным и важным, так как новые
искажения формы зависят не только от времени, но и от
других факторов.
Многие исследователи, изучая влияние наладки
бесцентрового станка на формообразование шлифованной
поверхности, высказывают общую точку зрения: "Особен-
ностью процесса бесцентрового шлифования является то,
что он по своей схеме не обеспечивает в поперечном
сечении изделия окружности, а имеет тенденцию к обра-
зованию огранки”. Однако на практике удается получать
изделия почти абсолютно круглой формы. Например, на
заводе "Калибр" бесцентровым шлифованием обрабатыва-
ется измерительная проволока с допуском на размер и
форму 0,5 мкм. Поэтому возникла необходимость более
глубокого и всестороннего исследования наладки бес-
центрового шлифовального станка и физико-математичес-
кого анализа технологической системы бесцентрового
круглого наружного шлифования.
В процессе наладки бесцентровых станков осущест-
вляется профилирование шлифующего и ведущего кругов,
а также подбирается высота установки центра изделия
относительно центров кругов и соответствующий угол
скоса ножа
* н
19
Правка шлифующего круга не представляет особого
труда, так как она осуществляется алмазом по копирной
линейке, имеющей зону входа изделий, рабочую зону и
зону "выхаживания".
Правка ведущего круга более сложна и важна, так
как его поверхность является базовой и влияет на фор-
му и размер изделия.
Исследование влияния параметров наладки бесцент-
ровых станков на формообразование изделий проводили
многие специалисты. В результате было,эксперименталь-
но проверено и рекомендовано устанавливать изделия
выше линии, соединяющей центры кругов. При высоте
А=0 шлифование повторяет первоначальные дефекты фор-
мы заготовки.
Наладочный параметр А в литературе рекомендует-
ся в широких пределах: от Л = <УИ до А=1/15 Аи+П мм.
Некоторые станкостроительные фирмы рекомендуют
Л = h, AfA ,
Я В. к
где Aj - высота установки алмаза от линии центров;
^ВеК - диаметр ведущего круга;
аи - диаметр изделия.
Рекомендуется также положение изделия определять
углом, образованным касательной в точке касания изде-
лия и шлифующего круга с вертикалью от 5 до 20°.
Скос опорного ножа рекомендуется от 15 до 45°.
При таком широком диапазоне величин наладочных
параметров наладка бесцентрового станка проводится
практически опытным путем с последующим контролем
размеров и формы изделия. Для контроля формы коротких
изделий (колец, втулок и т.п.) пользуются прибором
фирмы "Тейлор Хобсон” и кругломером завода "Калибр",
позволяющими получать значения функции г ((f) .
20
В связи с широким распространением метода бес-
центрового наружного круглого шлифования в крупносе-
рийном и массовом автоматизированном производстве и
увеличением спроса на изделия правильной круглой фор-
мы возникла необходимость общего анализа процесса об-
разования формы изделий в зависимости от наладок бес-
центровых станков. Кроме этого, необходимо исследова-
ние геометрических, кинематических и динамических
свойств технологической системы, обеспечивающих полу-
чение круглых изделий на бесцентрово-шлифовальном
станке.
В.П. Филькин [ 5, 6 J разработал оригинальный
аналитический метод исследования процесса формообра-
зования на базе гармонической функции Фурье, исполь-
зуя для этого ряд разложения по гармоническим членам
погрешностей радиуса изделия.
Этим методом выведено основное уравнение формо-
образования при бесцентровом круглом шлифовании
00 _
л*2
где - угол, определяющий расположение радиусов от-
носительно начального значения оси х;
Сп - амплитуда гармоник;
начальная фаза;
ДХр - определяется по формуле
•CiKisin(2ip^l)i-C3/<lsin(3<P+9C3)^
+ СчКц$1П (Чф + Ац) +.. ..+СлКлз1п (n^+dLn)%..
Коэффициент исправления формы Кп определяется
по формуле
i ' СОЗ П& + COS П. (fi+tjj).
Sin? Г/
21
Мгновенный свей выражается зависимостью
<5> е
и представляет собой проекцию полного съема на нап-
равление погрешности радиуса.
Параметры Кп и (}0 задаются конструктивно, и для
определенного станка их величины постоянны. Обозначе-
ния углов показаны на рис. 5.
Рис. 5. Схема бесцентрового шлифования и параметры
настройки станка
Число оборотов п определяется протяженностью
зоны выхаживания, которая задается по копирной линей-
ке шлифующего круга. Поэтому закон изменения съема, а
следовательно, и форма изделия, определяются, в основ-
ном, законом изменения дх£.
Проекция мгновенного натяга по отношению
к погрешности радиуса изделия является новой гармони-
ческой функцией, каждая гармоника которой умножена на
соответствующий коэффициент исправления Д'* •
22
Коэффициенты Кл являются функциями только на-
ладки станка, зависят от углов Ji и ф и отражают из-
менение мгновенного натяга, создаваемого каждой гар-
моникой отдельно, начиная со второй.
Величина коэффициента характеризует величину из-
менения гармонической погрешности за оборот изделия,
а знак указывает на убывание или рост существующей
погрешности.
Каждая гармоника обрабатывается в соответствии с
натягом, который она вызывает в точке В касания со
шлифующим кругом (см. рис. 5). По-видимому, обрабаты-
ваемость некруглостей будет происходить пропорциональ-
но произведениям СпКп .И чем больше СпКп,
тем амплитуда данной гармоники будет лучше исправ-
ляться.
В работах [ 5, 6 ] проведено широкое аналитичес-
кое исследование влияния наладочных параметров на
формообразование изделий при круглом наружном шлифо-
вании и частично экспериментально проверено на авто-
матической линии I ГПЗ. В результате этого сделаны
следующие выводы. Так как окончательная форма изделий
зависит от амплитуд слагающих гармоник и значений
коэффициентов исправления Кп при этих гармониках,
выбор оптимальных наладочных параметров бесцентрового
станка дает возможность исправить исходную погреш-
ность формы заготовок и обеспечить заданную точность
формы изделия. При исследовании размерных наладок в
области изменения углов Ji и , а также коэффициен-
тов исправления Кп установлены пределы изменения
этих углов, при которых наладки являются оптимальны-
ми, эти пределы ограничены значениями угла Ji от 40
ДО 60° и суммой углов J3* в пределах 165-175°.
23
Проведенный анализ выбора наладочных параметров -
А и при оптимальных углах fi * показал, что для
устранения огранки необходимо брать значение более
14 мм, а^м более 20°. Например, для колец du =135 мм,
при ^1еК =500 мм и =300 мм, А следует брать от
20 до 30 мм, а угол в пределах 30-45°.
При бесцентровом шлифовании колец подшипников
методом продольной подачи ведущий круг должен иметь
разворот в пространстве и форму тела вращения, опре-
деляемую из условия его касания с коническим столбом
изделий, вершина которого направлена к выходу, а угол
конуса должен соответствовать съему припуска. Разво-
рот ведущего круга в пространстве вокруг осей 00 и
О* 0* (рис. 6,а) обеспечивает плотный поток изделий во
всей зоне шлифования (от входа до выхода их).
Такой разворот позволяет перенести кратчайшее
расстояние между осями к выходу изделий и сделать
скорости изделий на выходе меньше, чем на входе.
Вследствие этого движение изделий в плотном потоке
будет равномерным. На практике при шлифовании наруж-
ных колец подшипников 30? разрыв потока изделий был
устранен путем относительного разворота потока изде-
лий (колец) по отношению к ведущему кругу »10 .
Конструктивно разворот оси ведущего круга в про-
странстве может быть выполнен вокруг оси Z на угол#
и вокруг оси 4/ на угол X (рис. б,б). УголоС задается
исходя из производительности: чем большей, тем боль-
ше производительность. Угол Ж задается для получения
необходимой скорости потока изделий на концах ведуще-
го круга.
Установлено, что при значениях X>6'vl Ж<29' Ю"
для той же производительности поток изделий неразры-
24
Рис. 6. Схема разворота оси ведущего круга:
а - схема шлифования; б - векторная диаграмма
25
вен и последние будут сжаты по всей ширине круга. Но
обычно между ведущим кругом и потоком изделий проис-
ходит проскальзывание, примерно равное 2% от теоре-
тической скорости поступательного перемещения, созда-
ваемого этим кругом. Учитывая данную поправку, угол
разворота потока изделий к ведущему кругу £ практи-
чески берется 10' и соответственно уголеС = 29'25".
Ведущий круг на большинстве бесцентровых станков
правится алмазом, движущимся прямолинейно, что дает
форму гиперболоида вращения. При этом копирная линей-
ка разворачивается в горизонтальной плоскости, вслед-
ствие чего возникают большие трудности для настройки,
чтобы получить желательную форму гиперболоида. Наст-
ройка копирного приспособления производится при помо-
щи эталонного кольца, устанавливаемого по краям веду-
щего круга. Поэтому разворачивать копирную линейку
целесообразно в вертикальной плоскости.
При бесцентровом наружном круглом шлифовании
вращение потока изделий направлено в сторону шлифую-
щего круга. Скорость вращения потока соответствует
примерно скорости вращения ведущего круга. Вращение
изделий должно быть непрерывным и равномерным как в
рабочей зоне, так и на выходе. Наиболее надежно мож-
но обеспечить это условие при конструировании бес-
центровых круглошлифовальвых станков с наклоном ли-
нии, соединяющей центры кругов, к горизонтали на угол
27°30 при = 30°.
При рассмотрении динамики бесцентрового станка
(рис. 7) была принята возмущающая сила, создающая
движение системы, в виде функции F(t) и составлено
уравнение движения системы под действием периодичес-
кой силы
F(t)- PcosuMtK t.
26
При допущении, что колебательное движение воз-
можно только по оси х, и силы трения, за счет которых
происходит вращение столба изделий, являются активны-
ми, выведено уравнение равновесия системы с помощью
Рис. 7. Схема динамики бесцентрового станка
второго закона Ньютона. Исследовано поведение динами-
ческой системы станок-деталь под действием периодиче-
ской силы, вызванной неуравновешенностью шлифующего
круга. В результате этой неуравновешенности возникает
центробежная сила, проекция которой на ось х имеет
вид ,
F(t)= в-cos ’Рсо$аш*t,
гда и - окружная скорость шлифующего круга;
о - масса неуравновешенности круга;-
R - радиус центра массы S.
В результате решения и анализа дифференциальных
Уравнений сделан вывод, что неуравновешенность шлифу-
ющего круга влияет на амплитуду колебаний линейно.
27
Большие значения амплитуды могут привести к изменению
углов fi и и тем ухудшить форму изделий. Увеличе-
ние жесткости бабок кругов во всех случаях может
обеспечить наименьшую амплитуду колебаний. Теоретиче-
ски найдены условия, позволяющие исключить влияние
несбалансированности шлифующего круга путем соответ-
ствующего подбора суммарной жесткости бабки ведущего
круга по формуле
К3=(^м3)ы1Ш1! ,
где A/g " масса потока колец;
м3 - масса бабки ведущего круга;
<У - скорость шлифующего круга.
Однако возможность практического использования данной
зависимости затруднительна.
Достаточно точно исследовано /”5, 6J образова-
ние размеров изделий при бесцентровом шлифовании. При
бесцентровом шлифовании методом продольной подачи об-
разование формы и размеров происходит одновременно.
Исследования отклонения диаметрального размера и по-
грешностей формы составляют одну общую задачу точно-
сти.
Окончательный размер какого-либо кольца в потоке
на бесцентровом станке зависит не только от его пер-
воначального размера, но и от размеров колец, которые
шлифовались с этим кольцом в одном потоке.
Поступающие на шлифование заготовки имеют слу-
чайное распределение размеров. Поэтому изменение раз-
меров изделий после шлифования тоже будет иметь слу-
чайный характер.
За основу исследований /"5, б_/ принят идеальный
процесс шлифования (рис. 8). Шлифующий круг коничес-
кой формы прижимается к потоку колец силой , соз-
28
даваемой упругостью технологической системы. При от-
сутствии потока колец кромка круга занимает положение
д^ЛдИ сила#=0. Положение точки ^определяет размер
у, Угол наклона кромки аоа'д обозначен углом £ .
Рис. 8. Идеальный процесс бесцентрового сквозного
круглого шлифования колец
При шлифовании кольца отжимают кромку круга на
величинуц, после чего кромка займет положение а а' .
Обозначив жесткость технологической системы через с
(кГ/мм), найдем силу нажатия круга на поток колец
Q = сдДкГ).
При разноразмерных кольцах величина отжатия и
сила 0 непрерывно меняются. В результате размер из-
делия получается различный.
29
Исследованием преследовалась цель установить связь
между средними размерами колец до и после шлифования
и между среднеквадратичными отклонениями размеров
также до и после шлифования. Задача сводится к опре-
делению:
(dL)'p:f(docp)l<-C'L
......................t).
Теоретическое решение задачи даже при допущениях
и упрощениях сложно и громоздко. Поэтому соотношение
для среднеквадратичных значений целесообразно искать
экспериментальным путем.
Для установившегося процесса шлифования получена
аналитическая зависимость, связывающая диаметр кольца
после шлифования db с диаметром его до шлифования
d0 и с параметрами рабочего процесса:
‘ 1<-кс • лте 1*кс Щ Kj)
где К - коэффициент резания круга, мм/кГ;
L - длина потока колец, мм;
V - размер (см. рис. 8), мм;
С и j - жесткость станка и колец соответственно,
кГ/мм и кГ/мм^;
Т[ - угол наклона кромки круга.
Прошлифовав небольшую партию колец, имеющих раз-
мер de , и получив их диаметр dk , можно найти коэф-
фициент резания круга. Или прошлифовав две партии ко-
лец, размеры одной из которых dg и , а другой dg
и d£ , можно определить две величины - коэффициент
резания К и размер V . Для этого необходимо при неиз-
менных условиях шлифовать обе партии колец. Тогда.оп-
ределив по приведенной формуле aJ для одной партии и
al пая другой и отняв d'i и а'получим
30
откуда
или
КС = °9-~Ел. - 1
4-4."
И dj-d" 7
После определения К размер V может быть опреде-
лен по формуле , . . . . ,
Экспериментально коэффициент резания может быть
определен и шлифованием ступенчатых партий колец с
первоначальным диаметром d'o и d" . После шлифова-
ния эти кольца имеют соответственно 4 и • Экс-
перименты показали, что величина КС для партий, име-
ющих большое количество колец и ступеней, имеет мень-
шее значение вследствие влияния износа круга.
Величину КС можно определить при шлифовании пар-
тии колец одного размера диаметра и дать на станке
подналадку на величину (Г . Тогда изменятся диаметр
колец на выходе и значение величины V .
В этом случае до подналадки получим
d's——d + --- 2V~ton
l i+KC о t*КС i*KC™[ kj J
а после подналадки будем иметь
- II /
d =
* i+KC
Вычитая из.dL величину d'^ ,.найдем
J! j и _ КС *
CL! ~ CL. ~ О ,
L * t + KC *
откуда ,, .//
31
При & = 5 мкм из двух подналадок эксперименталь-
но было получено срёднее значение (d'L -d*b) = 4 мки.
И по формуле
КС =------------ 4.
5-4
Связь между отклонениями размеров колец до и
после чистового шлифования может быть записана в та-
ком виде:
где предельное отклонение диаметров колец от
среднего значения в партии после шлифова-
ния, мкм;
dd - предельное отклонение диаметра колец от
среднего значения в партии до шлифования,
мкм;
К - коэффициент съема металла при неизменных
условиях, зависящий от состояния круга,
мм/кГ;
С - общая жесткость автомата и шлифуемых ко-
лец, кГ/мм.
Из ряда экспериментов, проведенных на I ГПЗ с
помощью автомата 0IC22, найдено значение КС=2.
При исследовании размеров колец диаметром 135 мм
на бесцентрово-шлифовальном станке 0IC22 в автомати-
ческой линии I ГПЗ установлено, что размер изделия
зависит от его размера до шлифования и от размеров
изделий, шлифовавшихся одновременно. Теоретическое ре-
шение задачи о связи входных и выходных размеров ко-
лец, имеющих случайное распределение размеров в поле
допуска (реальный процесе), весьма сложно.
Экспериментально установлено, что кольца диамет-
ром 135 мм на выходе тоже имеют случайное распределе-
32
ние: погрешности формы после окончательного шлифова-
ния - не более 8 мкм, предельное отклонение средних
диаметров без подналадок не превосходит 23 мкм.
При ограничении входных размеров изделий на
станках имеются благоприятные условия для автоматиче-
ского размерного регулирования подналадочными систе-
мами. При этом целесообразна одновременная автомати-
зация чернового и чистового шлифования. Подналадку
можно производить по среднему размеру одной детали, а
также группы деталей.
При автоматической подналадке должна быть ис-
пользована минимальная величина подналадочного импуль-
са для обеспечения более плавной работы станка.
Достаточно надежной контрольно-измерительной си-
стемой оказалась бесконтактная система со скобой,
имеющей два сопла, расположенных по диаметру изделия.
Скоба лежит непосредственно на потоке шлифованных ко-
лец, а ее ориентация производится двумя планками по
длине шести колец. Собственная погрешность измери-
тельного устройства не превышав'! 2-3 мкм. Наладка
производится при помощи эталонного кольца. Поперечная
подача для предварительного шлифования должна быть от
5 до 15 мкм, а для окончательного - не более 5 мкм.
В.Л .Романов /*7, 8J провел исследование геомет-
рических параметров при бесцентровом круглом шлифова-
нии и установил связь параметров наладки и свойств
станка с возникновением колебаний и формообразованием
изделий. Полагая, что погрешность изделия в точке ка-
сания А со шлифующим кругом (рис. 9) непосредственно
влияет на величину мгновенного натяга, а погрешность
в точках касания В и С изделия с ножом и ведущим кру-
гом влияет на величину натяга косвенно, создавая пе-
ремещение центра изделия, мгновенный съем металла бу-
33
дет определяться суммой погрешностей форцы изделия в
трех точках, взятых со своими предаточными отношения**
ми. На основе этих соображений определяется величина
перемещений шлифуемой точки изделия на шлифовальный
круг (мгновенный натяг)36 формулой
А = 60<-,
где S’g - погрешность формы (некруглость) изделия в
точке касания со шлифующим кругом;
- погрешность формы (некруглость) изделия в
точке касания с ведущим кругом:
- то же в точке касания с ножом;
- передаточное число ведущего круга;
1г - передаточное число ножа.
Считая профиль изделия окружностью, на которую
наложены синусоидальные погрешности различных перио-
дов, исходная погрешность может быть выражена равен-
ством г-г г-» Л л ,
Л П
где - амплитуда соответствующей л-й гармоники;
ip - текущий угол.
Процесс формообразования для каждой гармоники
определяется выражением
А= C^cosrup
(угол , характеризующий взаимное расположение гар-
моник, при этом опускается).
В каждой из трех точек контакта гармоническая
погрешность будет проявляться в своей фазе. Угол,
определяющий фазу, соответственно равен (рис. 9,а)
1рйВ
£ЙОС- IT -&-ft.
Суммарное влияние п. -й гармоники составляет
* ^n,[cosn,ip+ i-CO$n(jr-oL -ft * <p)+igCOSfl($~A~<C+lp}].
^Впервые мгновенный натяг был найден В.П. Филькиным.
34
Рис. 9. Геометрические соотношения при бесцентро-
вом шлифовании:
и ~ схема; б - фазовое соотношение; в - векторная
диаграмма исправления погрешностей
35
Это токе гармоника с кратностью п , как сумма
трех гармоник одного периода. Ее фаза не совпадает с
фазой исходной погрешности. Между максимумом погреш-
ности и натяга существует сдвиг фаз 8 •
Для оценки относительного влияния гармоник вво-
дится безразмерная величина
*Япсоз
Получается следующее уравнение:
cos (п if* 8п) s cos cosnlTr-dL-Jb+ipj^i^osn, х
x
Для нахождения величин Ял и 8п в правой части
уравнения суммируются выражения по косинусам и сину-
сам и все векторы проектируются на направление пер-
вичной погрешности
ил = 1 * ii cosn (л-oi cosn /%-Л ,
Ул = ~iCOSn(JT~oL-Jb)~izSinn^'-jl-oL),
откуда Йл*\1игл + У* и ct$8n = y*'
Величины и , однозначно определяющие
условия шлифования изделия, являются амплитудой и фа-
зовым углом проявления гармонической погрешности.
Условия исправления погрешностей формы изделия
изображены на диаграмме (рис. 9,в), где Ов - ис-
ходная погрешность; - вектор мгновенного съема,
пропорциональный мгновенному натягу и направленный
противоположно ему.
Так как за один оборот изделия исправление пог-
решности мало, по сравнению с исходной, можно считать
что на исправление влияет только компонента Un , ко-
торая направлена вдоль вектора исходной погрешности.
36
Вторая компонента Vn вызывает изменение модуля век-
тора Ов • Она только поворачивает вектор погрешнос-
ти относительно изделия.
Величины и Уп связаны с амплитудой и фазовым
углом проявления гармонической погрешности соотноше-
"" U„‘Яясмвп;
Un является статическим коэффициентом исправления ис-
ходной погрешности.
При определенных значениях модуля вектора
исправление существенно зависит от фазового угла Вл .
Когда Вп приближается к нулю, бесцентровое шлифова-
ние мало чем отличается от центрового и патронного.
Если В к станет приближаться к 90°, то, несмотря на
периодическое изменение натяга, амплитуда погрешности
формы изделия будет оставаться неизменной и в процес-
се шлифования произойдет перемещение погрешности по
изделию.
Если 8Л по модулю превысит 90°, то примет
отрицательное значение и приведет к увеличению пог-
решности формы.
В.Л.Романов, используя аналитические данные, со-
ставил карту периодических погрешностей и сделал сле-
дующие выводы:
I. Наладки, при которых изделия располагаются
ниже линии центров кругов ( cl +JS < Z7), не пригодны
для получения круглых изделий (особенно для 3-й, 5-й
и 9-й гармоник).
2. Наладки с малым превышением h,(0 4°)
с целью исправления погрешностей малопроизводительны,
хак как обеспечивают весьма низкие значения коэффи-
циентов исправления для 3-й и 5-й гармоник. Эти на-
ладки часто используются при бесцентровом шлифовании.
57
Но в этом случае для исправления погрешностей затра-
чивается значительное количество времени'.
3. Наладки с большими значениями h (oL + Ji >S°)
обеспечивают быстрое исправление погрешностей и по-
лучение круглых изделий лишь при соотношениях^*^
и Л+eL, так как имеется ограниченное количество зон,
в которых коэффициенты исправления положительны.
При бесцентровом шлифовании периодические пог-
решности вызывают периодически возмущающие силы, ко-
торые возбуждают колебание технологической системы и
могут существенно изменить картину формообразования.
Поэтому проведено [7 ] исследование влияния динами-
ческих свойств станка на процесс формообразования.
Технологическая система бесцентрового наружного круг-
лого шлифования является сложной динамической систе-
мой со значительным количеством степеней свободы. Ис-
следованы динамическая модель станка как колебатель-
ная система с одной степенью свободы и динамическая
модель станка как система с двумя степенями свободы.
Проанализировав дифференциальные уравнения этих двух
систем и приняв возможные допущения для упрощения их
решения, нашли выражения динамических коэффициентов
исправления погрешностей и выражения амплитудно-фазо-
вых характеристик. На основе анализа и экспериментов
сделаны практические выводы о предпочтительном приме-
нении наладок:
I. Наладки, обеспечивающие наибольшее возможное
значение коэффициента исправления для 3-й и 5-й гар-
моник погрешности формы.
2. Наладки, обеспечивающие неотрицательное зна-
чение коэффициента исправления для возможно большего
числа начальных гармоник.
38
3. Наладки для гармоник, имеющих положительные
фазовые углы, обеспечивающих возможно меньшее значе-
ние последних, по крайней мере не превышающих 75°•
Такие наладки представлены в таблице.
№ наладки Л + Ж, град Л f град Назначение и харак- теристика наладок
I 33 29 9°45' Могут быть использова-
2 32 29 Ю°45' ны для станков с широ- ким кругом
3 39 36 9°15' Лучшие наладки
4 43 38 12°45
5 48 44 П°15' Могут быть использова-
6 47 43 12°15' ны для станков с широ- ким кругом
7 37 34 7° Пригодны только для
8 32 29 7°2о' тонкого шлифования,
когда сьем за операцию
9 26 22 9° не превышает несколько сотых миллиметра
Все наладки, приведенные в таблице, проверены в
производственных условиях и используются на автомати-
ческих линиях. Наладки №1 и 2 (черновое шлифование) и
наладка № 3 (чистовое шлифование) применяются в АЦ-3
I ГПЗ. Их использование дало возможность шлифовать
наружные кольца подшипников 7613 диаметром 140 мм с
овальностью не более 3 мкм и огранкой в призме с уг-
лом 60° не более 4 мкм. Наладки № 3, 6 и 9 применены
Для шлифования дорожек качения внутренних колец же-
лезнодорожных подшипников (диаметр шлифованной по-
верхности 158 мм). Максимальное значение некруглости
(на радиус) не превышало 1,5 мкм.
39
4. Перевод параметра cL+ Ji в обычную для бес*
центрового шлифования высоту превышения Л может быть
осуществлен по формуле
А = +
vpficLuJi берутся в градусах, а остальные величины - в
миллиметрах. Оптимальная величина А будет уменьшать*
ся по мере износа кругов.
5. Из таблицы видно, что оптимальные наладки
требуют существенно различных значений угла скоса но*
жаЛ • Поэтому целесоооразно для бесцентрово-шлифова*
льпых станков закладывать возможность регулировки
скоса ножа.
6. Для выбора окружной скорости ведущего круга
необходимо знать не только номер "опасной” гармоники,
то есть такой, у которой фазовый угол близок к 90°,
но и спектр собственных частот станка. Так как данных
сведений в производственных условиях нет, то подбор
скорости круга осуществляется опытным путем. Поэтому
для бесцентровых станков целесообразно иметь бессту-
пенчатое регулирование скорости ведущего круга.
7. Нормальная работа бесцентрово-шлифовального
станка возможна лишь при определенных соотношениях
между частотами возмущающих воздействий и собственны-
ми частотами элементов станка. Поэтому должен быть
ряд бесцентровых станков для обработки изделий раз-
личных диаметров.
8. Существенное улучшение круглости изделий мо-
жет быть достигнуто за счет повышения жесткости стан-
ка, что является следствием жесткости его элементов.
9. Угловая скорость изделия определяет частоту
возмущающего воздействия. Поэтому к жесткости привода
ведущего iqpyra следует предъявлять высокие требования*
В процессе работы не следует допускать изменения ско-
40
роста ведущего круга более чем на 10%. Для оптималь-
ного выбора возмущающего воздействия "опасных" гар-
моник и компенсации износа ведущего круга, его привод
должен иметь бесступенчатое регулирование.
Исследования, проведенные В.В. Комаровым /”9
показали, что процесс образования размеров изделий
цилиндрической формы диаметром 5-10 мм при бесцентро-
вом шлифовании методом продольной подачи является
случайной функцией с теоретико-вероятностными харак-
теристиками:
математическое ожидание, определяющее тенден-
цию случайной функции;
Ds (t)~ дисперсия, определяющая границы колебаний
значений случайной функции относительно мате-
матического ожидания;
Kgltjt'}- корреляционная функция, определяющая характер
случайной функции /“10, Il
При автоматической подналадке этот процесс яв-
ляется стационарным, то есть
/пЛ (t) ~ const,
Ях (t) = const
и нормальным, так как если nslt) характеризует закон
изменения мгновенного центра группирования размеров,
то распределение размеров изделий относительно тх (t)
для любого момента времени подчинено закону Гаусса.
Процесс бесцентрового шлифования без автоподна-
ладок характеризуется тем, что
тх (t) Ф const, но Иx(t) = const .
Однако это не мешает исследовать данный процесс как
стационарный и нормальный, так как всегда можно пе-
рейти к исследованию центрированной случайной функции
* W , для которой „
x(tl S xlt)-mx/t)
41
и математическое ожидание автоматически равно const.
Исследование также показало, что одна конкретная реа-
лизация случайной функции x(t) большой протяженностью
вполне определяет вероятностные характеристики слу-
чайной функции Kx(t,t')t благодаря
чему сокращается время математической обработки дан-
ных эксперимента.
Математическое ожидание определяется по методу
"скользящей" средней. Для этого точечная диаграмма
разбивается на к участков (групп), где каждая группа
содержитт деталей. Математическое ожидание для каж-
дой группы определяется по
7^*
п 9
где групповое среднее арифметическое для к -й
группы;
т - количество деталей в группе, для которой
вычисляется среднее арифметическое;
к = I, 2, 3 .... - порядковый номер группы;
I - величина скольжения;
d - диаметр детали.
Значения математических ожиданий наносятся на
график точечной диаграммы и соединяются линией, а за-
тем аппроксимируются аналитической функцией, например
по способу наименьших квадратов. После этого случай-
ная функция г/^приводится к центрированной функции J (Л
и на основании эргодического свойства вычисляется
корреляционная функция.
s ® +Р ) »
где п - количество' всех деталей в партии
....
Т =
42
Вычисления корреляционной функции производятся для
Р- 1,2,3 ... до тех значений Р, при которых корреля-
ционная функция практически становится равной нулю.
Эта зависимость выражается кривой по отдельным точкам.
Дисперсия для центрированной функции х (t) опре-
деляется по формуле
л. м.
г fb
На станке для бесцентрового шлифования возникает
погрешность в процессе перемещения бабки ведущего
круга на величину импульса подналадки. Процесс этого
перемещения является также случайным. Его вероятност-
ные характеристики:
]£lt) - •
/г/быстро стремится к нулю:
где дГ - разница сил статического и кинетического
трения;
Л - приведенная жесткость системы.
Суммарная случайная функция изменения размеров
партии изделий от правки до правки круга будет иметь
следующие характеристики:
Mx(t) = mx(t) + ngft),
Кк ft): К ft)* K'ft).
Чтобы определить момент первой подналадки, не-
обходимо принять На рис. 10 это будет
точка пересечения кривой, характеризующей математиче-
ское ожидание Мх (t), и прямой, соответствующей им-
пульсу а .
Дисперсия Dx(t) дает возможность определить
максимальную величину импульса при данном способе
подналадки. Для определения момента второй подналадки
43
нужно принять Mx(t)=2a , а для момента третьей -
Mx(t) s За я т.д.
Для оценки пригодности этого метода проведено
экспериментальное исследование процесса бесцентрового
шлифования цилиндрических роликов размерамиd=5vI0mm,
f = 2030 мм на бесцентровом станке СБШ-3 при следую-
щих параметрах настройки:
Пш = 1200 - число оборотов в минуту шлифующего
круга;
ng = 30 - число оборотов в минуту ведущего круга;
d> = 2,5° - угол поворота оси ведущего круга;
= 30° - угол скоса ножа.
Рис. 10. Графическое опре-
деление моментов автоподна-
ладки при бесцентровом шли-
фовании методом продольной
подачи
Шлифующий круг правился алмазом через каждый
час. Станок предварительно разогревался, работая
30-40 мин на холостом ходу.
Диаметр заготовок равен 6,4°_q q^q, после обра-
ботки за один проход - 6,0°_q q2q.* Заготовки посту-
пают из бункера и распределение их размеров в преде-
лах допуска нормальное:
6 = 8 мкм; 27 = 64 мкм^; (t) = о.
Часовая производительность станка - 3600 штук. После
часовой работы строится точечная диаграмма, результа-
ты которой обрабатываются теоретико-вероятностным ме-
тодом. указанным выше. Максимально возможный поднала-
дочный импульс равен 12 мкм.
44
После подналадки система возвращается на нижнюю
сигнальную границу. Моменты подналадки определяются
Воф°риуае
Величина импульса равна времени работы поднала-
дочного двигателя, которое задается реле времени.
Подналадки производились в следующем порядке;
= 12 мин, = 15 мин, tj = 16,2 мин. Цикл шлифо-
вания продолжался I ч, затем круг правился и цикл
повторялся.
Точность процесса определяется на основании тео-
рии выбросов случайной величины. Для этого необходимо
знать корреляционную функцию размеров изделий с уче-
том подналадочного процесса, характеризуемого момен-
тами подналадки tt, tt , tj-и величиной импульса 12 мкм.
Затем на основе ранее полученных результатов снова
строится точечная диаграмма. Только теперь линия ма-
тематического ожидания в момент подналадки смещается
на нижнюю сигнальную границу. При этом надо учесть
переходной период, равный шлифованию 10-20 изделий.
Затем определяются теоретико-вероятностные характе-
ристики:
13t Sмкм1; 3K(il s 3,6 мкм,
Корреляционную функцию после обработки экспери-
ментальных. данных и аппроксимации плавной кривой мож-
но записать в виде л
К'П)-. в;
Kj.lt!'- 13,6 f 111
выбросов, то есть выходов размеров изделий
Количество
за границы поля допуска, можно определить по формуле
л/=
где л/ - число выбросов за время Т;
6*« - среднее квадратичное отклонение;
б» - скорость изменения величины x(t).
45
где oL - величина доля допуска, равная +10 мкм.
Рассчитанная по этой формуле величина Л/ будет
равна 10. Следовательно, при наибольшем подналадочном
импульсе из 3600 изделий только 10 выйдут из поля до-
пуска. Поэтому вероятностный метод расчета поднала-
дочных циклов пригоден для практики массового и круп-
носерийного выпуска на автоматических линиях.
И.М. Веселовой в работах Г13, 14] при исследо-
вании процесса шлифования методом врезания хелобов
внутренних колец шарикоподшипника 307KI на автомати-
ческой линии I IH3 с помощью бесцентрового шлифоваль-
ного автомата 0IC25, имеющего одну жесткую опору из-
делия (нож) и другую подвижную вращающуюся опору (ве-
дущий круг), главный контур (упругая система - про-
цесс резания) представлен в виде замкнутой цепи ав-
томатического регулирования. Текущий размер желоба
выражается как случайная функция:
где R - случайная величина аппроксимирующей окруж-
ности, проведенной через реальный профиль
по способу наименьших квадратов;
случайная функция с математическим ожида-
нием, равным нулю, определяющая погрешно-
сти формы.
Так как изделие является замыкающим звеном в
технологической системе, размер геометрического про-
филя поперечного сечения желоба будет суммой настро-
ечной величины Н и составляющих погрешностей
Уд (д = 1,2,3 ... /г). Эти погрешности обусловлены
износом и затуплением круга, упругими и тепловыми
процессами в системе и являются постоянными составля-
ющими выходных координат преобразующей системы.
»-**%*
•я
Второе слагаемое выражается в виде суммы элемен-
тарных гармонических функций, являющихся переменной
составляющей выходных координат преобразующей систе-
МЫ? r-i
х(Ч>) =
где Ат ~ ювмхуяь т -й гармонической составляющей
профиля;
р - угол поворота изделия;
р - фаза/n-й гармоники.
Дифференциальное уравнение, отражающее взаимо-
действие процесса резания с упругой деформацией сис-
темы, записано в таком виде:
где - коэффициент резания: отношение радиальной
силы к толщине среза, кГ/об.мм;
С - жесткость технологической системы, кГ/мм;
- поперечная подача, мм/об;
п - число оборотов изделия.
При выводе из этого уравнения апериодического
звена сделан ряд допущений, и в операторной форме оно
записывается так:
Tf + ^KS,
где К - коэффициент усиления;
Г - постоянная времени. х
В качестве входной координаты принята мгновенная
глубина резания шлифовальным кругом, то есть попереч-
ная подача на один оборот изделия. В качестве выход-
ной координаты - упругое отжатие системы.
47
В общем виде передаточная функция преобразующей
системы процесса шлифования иохет быть представлена
уравнением
где передаточным коэффициентом звена процесса резания
служит коэффициент , передаточным коэффициен-
том упругой системы - •£- * передаточной функцией
звена обратной связи - e р •
Погрешность размера обусловливается величиной
упругой деформации перед выхаживанием, а погрешность
формы - фактической мгновенной глубиной резания, оп-
ределяемой дифференциальным уравнением
* - е___
5 С-п dt
Решение этого уравнения при периодических воз-
действиях принято за основу при теоретико-вероятност-
ном расчете точности формы.
Записывая передаточную функцию от заданной попе-
речной подачи к фактической при той хе структурной
схеме эквивалентной системы в виде
Ws_______-____ ,
получаем выражения характеристик:
= ate ty S
(амплитудно-частотная),
(фазово-частотная).
Форма поперечного сечения после каждого его те-
кущего оборота Т является разностью профиля изделия
за предыдущий оборот ( T-L ) и толщиной удаленного
слоя за оборот Т изделия.
48
для простейших случаев, когда имеется единствен-
гармоника неровностей заготовки и действуют толь-
я вЫвухденные колебания станка с единственной часто-
той, получены формулы исправления Я£ и образования
неровностей:
По этим формулам можно рассчитать погрешность
формы. Я* и /7Т являются амплитудами т -й гармони-
ческой составляющей профиля неровностей круглого по-
перечного сечения шлифовальной поверхности, соответ-
ствующей периодическому воздействию о частотой а •
В работах [ 13, 14 ] также приводится методика
теоретико-вероятностного расчета точности размера.
Эта методика на стадии проектирования дает возмож-
ность выбирать оптимальный вариант технологического
процесса. Оценка влияния исходных факторов на точ-
ность производится в соответствии с формулами матема-
тического ожидания и дисперсии. Результаты исследова-
ния показали, что доминирующее влияние на точность
технологического размера оказывает погрешность наст-
ройки, а на точность конструкторского - погрешность
базирования.
В некоторых уравнениях зависимость, связывающая
погрешность упругой деформации с исходными факторами,
нелинейна и выражена в неявном виде. Поэтому в таких
случаях определение числовых характеристик случайных
величин методами, которые используются в теории точ-
ности технологических процессов, оказывается затруд-
нительным.
49
Как показали опыт и структурная схема,, для полной
характеристики преобразующей системы достаточно было
определить передаточный коэффициент системы, соответ-
ствующий установившемуся режиму, который равен отно-
шению выходной величины к входной .
Коэффициент резания может быть определен косвен-
ным путем по передаточному коэффициенту К и суммарной
жесткости технологической системы С. Для определения
суммарной жесткости технологической системы С приме-
нен оригинальный метод.
Динамометр (типа камертон) устанавливается между
кругом и изделием. Причем касание динамометра проис-
ходит в том месте, в котором круг контактирует с из-
делием в процессе шлифования. Натяг в технологической
системе обеспечивают вращением маховика поперечной
подачи и отсчитывают по лимбу.
50
БЕСЦЕНТРОВОЕ шлифование на жестких опорах внешних
ПОВЕРХНОСТЕЙ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ (ДОРОЖЕК КАЧЕНИЯ
ВНУТРЕННИХ КОЛЕЦ)
Процесс бесцентрового круглого шлифования на
жестких опорах имеет общую кинематическую схему с
процессом бесцентрового круглого шлифования, осущест-
вляемого на одной неподвижной жесткой опоре (ноже) и
на другой вращающейся опоре (ведущем круге). Однако
новый процесс бесцентрового шлифования на жестких
опорах имеет следующие существенные отличия:
а) вращающаяся опора заменена второй неподвижной
опорой, что исключило влияние ее неточностей на формо-
образование;
б) постоянный торцовый прижим кольца к планшайбе
в процессе шлифования и возможность его регулировать
создают большую устойчивость изделия в процессе шли-
фования;
з) технологическая система СПИД при шлифовании
на жестких опорах является более жесткой, так как
Устраняется влияние деформации узла шпинделя ведущего
круга.
При бесцентровом круглом шлифовании на двух
кестких опорах изделие должно вращаться в постоянном
контакте с опорами. Жесткие опоры располагаются так,
чтобы равнодействующая всех сил, приложенных к изде-
лию, проходила между опорами и обеспечивала этот кон-
Такт как при холостом вращении, так и при шлифовании.
51
Роль шпинделя изделия сводится к роли поводка,
вращающего изделие. Он должен обеспечивать также пер»
пендикулярность базового торца к оси вращения изде»
лия.
Метод бесцентрового шлифования на двух жестких
опорах желобов внутренних колец шарикоподшипников, а
также цилиндрических и конических дорожек качения
внутренних колец роликоподшипников имеет принципи-
альное отличие от существующего метода бесцентрового
круглого шлифования внешних поверхностей вращений с
базой от шлифуемой поверхности и.опорой на жестком
ноже и ведущем круге.
При шлифовании желобов внутренних колец шарико-
подшипников новым бесцентровым методом на жестких ;
опорах базой является шлифуемая поверхность (шлифует- i
ся "желоб от желоба")• Изделие шлифуемой поверхностью ;
опирается на две жесткие опоры А и Б, и непрерывность ;
этого контакта в процессе шлифования поддерживается ,
автоматически. J
Вращается изделие за счет момента трения, возни- i
кающего на соприкасающихся поверхностях - плоском ба- j
зовом торце изделия и плоской опорной поверхности ве- I
дущей планшайбы. Нормальное давление двух соприкасаю-
щихся поверхностей может быть осуществлено: двумя ро-
ликами при помощи вилки и рычага, пружиной или гид-
равликой; электромагнитной планшайбой.
При смещении центра вращения изделия Ои отно-
сительно центра опорной поверхности вращающейся план-
шайбы /7Л на величину ? возникает относительная
скорость скольжения изделия д7 по планшайбе, кото-
рая создает условия для поджима его к жестким опорам
(рис. II). Полагая, что давление между поверхностью
плоского торца изделия и плоской опорной поверхностью
52
вращающейся планшайбы распределено равномерно, выда-
дим на поверхности трения общую элементарную площадку
dS~J>bicLpi;cttL , принадлежащую одновременно враща-
ющейся планшайбе и изделию. Скорость центра площадки
перпендикулярна соответственно радиусу планшайбы
j0An радиусу изделия Ji* . Так как центры вращения их
не совпадают, то концы векторов скоростей расходятся.
Это расхождение является результатом несоосности и
определяет величину вектора скорости д7проскальзыва-
ния изделия по планшайбе.
Рис. II. Схема действия сил на изделие при
бесцентровом холостом вращении на жестких
опорах:
а “ многоугольник действующих сил пои хо-
лостом вращении изделия: б - равнодейству-
ющая сопротивлений жестких опор
Если окружная скорость ведущей планшайбы равна
а проскальзывание составляете^, то окружная
скорость изделия будет
~ •
53
Обозначив через Q силу прижатия изделия к ведущей
планшайбе при равномерном распределении давления, бу-
дем иметь среднее удельное давление
<
где д - средний радиус изделия (кольца);
- ширина изделия (кольца).
Возникающая при вращении на площадке d$ элементарная
сила трения будет
dF= у ju, -dF
или
tofu
Из условий симметрии элементарные силы трения на
элементарных площадках равны, а равнодействующая всех
элементарных сил трения, действующих на изделие, на-
правлена под прямым углом к линии, соединяющей центры
изделия и планшайбы. Величина этой силы трения F с
достаточной для практики точностью может быть опреде-
лена по формуле
где ~ сила прижима к планшайбе (нормальное дав-
ление);
- коэффициент трения между поверхностью из-
делия и планшайбой;
jb - расчетный коэффициент, составляющий
где - угловая скорость планшайбы;
S - величина смещения центров
54
t =|/4/* 4I2’,
где 4^/ и ДЖ - координаты смещения центра изделия
относительно центра планшайбы;
44/л - угловое относительное скольжение.
Следовательно, сила трения, автоматически поддержива-
ющая контакт изделия с жесткими опорами, пропорцио-
нальна силе, прижимающей изделие к планшайбе. Равно-
действующая всех элементарных сил трения F с учетом
проскальзывания, приводящая во вращение изделие и
прижимающая его к жестким опорам, направлена перпен-
дикулярно линии, соединяющей центр вращения планшайбы
и центр вращения изделия..Кроме силы трения, на изде-
лие действует его вес & и равнодействующие сил от
реакций жестких опор и сил трения на площадках кон-
тактов этих опор с изделием.
Построив многоугольники действующих сил на изде-
лие (см. рис. II), найдем, что равнодействующая сила
R направлена между двумя жесткими опорами и обеспе-
чивает устойчивое положение изделия. Эксперименталь-
ные исследования показали, что при чистовом бесцент-
ровом шлифовании желобов внутренних колец на жестких
опорах расположение опор можно ограничивать следующи-
ми углами:
4 = 20 * 10°;
fi = 115 tI20°;
f = 45 * 50°.
В процессе шлифования желобов методом врезания
изделие находится под действием следующих сил (рис.12):
Р - сила шлифования и ее составляющие;
Рк - касательная сила шлифования;
Рр - радиальная сила шлифования;
& - вес изделия;
F - равнодействующая всех элементарных сил
.. трения с учетом проскальзывания;
NaibH Л4ц- силы трения между жесткими опорами и изде-
. 47 лием;
/Ул и Vg- реакции жестких опор.
55
Для определения сил, действующих при бесцентро-
вом шлифовании на жестких опорах, целесообразно ис-
пользовать условие равновесия изделия в пространстве,
отбросив связи и заменив их силами.
Уравнения равновесия и экспериментальные данные
позволяют определить силы, действующие в процессе
бесцентрового шлифования желобов и дорожек качения
колец роликоподшипников на жестких опорах.
Рис. 12. Схема действия сил на изделие при бес-
центровом шлифовании на жестких опорах внешних
поверхностей тел вращения с базой от шлифуемой
поверхности
Построив многоугольники действующих на изделие
сил найдем, что равнодействующая сила Я направлена
между двумя жесткими опорами и надежно осуществляет
контакт изделия с ними, чем обеспечивается устойчивое
положение изделия в процессе шлифования.
56
В отделе шлифовально-доводочных работ ВНИППа
экспериментально определена точность чистового шлифо-
вания желобов внутренних колец подшипника 436207 бес-
центровым методом на жестких опорах с базированием по
желобу. Исследования проводились на универсальном
станке фирмы "Фортуна", оснащенном специальным прис-
пособлением. На этом станке прижим изделия поверхно-
стью торца к вращающейся планшайбе осуществляется
пружиной и роликами. Для обеспечения непрерывности
контакта жестких опор с базовой поверхностью, не име-
ющей высокой точности, были применены жесткие опоры с
запрессованными шариками из сплава ВК8.
Экспериментально установлено, что смещение коор-.
динат центра вращения изделия Ду от 0,1 до 0,8 мм,
а де от 0,05 до 0,04 мм не оказывает существенного
влияния на точность шлифования. При этом Д2= (0,3*0,5)
ду. Наиболее высокая точность по овалу и огранке
достигается при j3= 110*120°.
Съем металла при шлифовании должен быть достаточ-
ным для исправления исходных погрешностей желоба.
Опыты показали, что при бесцентровом шлифовании
внешних поверхностей вращения с базой от шлифуемой
поверхности на жестких опорах овальность и треуголь-
ность легко исправляются. При этом методе достигается
высокая точность независимо от исходной. На рис. 13
приведен график исправления исходной овальности этим
методом шлифования в зависимости от съема припусков.
Для более интенсивного исправления исходной погрешно-
сти угол jJ не должен иметь кратности по отношению к
^ГлУ оС , а угол d> не должен быть кратен углу между
рРанями исходной поверхности.
57
Точность бесцентрового чистового шлифования же-
лобов внутренних колец 436207 с базой от желоба на
жестких опорах характеризуется приведенным на рис. 14
графиком рассеивания овальности желобов для партии
100 штук. Овальность желобов большинства колец нахо-
дится в пределах 0,2-0,6 мкм при шероховатости по-
Рис. 13. Изменение ис-
ходной овальности в про-
цессе бесцентрового шли-
фования на жестких опо-
рах внешних поверхностей
вращения с базой от шли-
фуемой поверхности
Рис. 14. Рассеивание оваль-
ности и разностевности
внутренних колец подшипника
436207 после чистового бес-
центрового шлифования с ба-
зой от желоба на жестких
опорах, мкм:
I - овальность; 2 - разно-
стенность
верхностей 9-10 классов. Для получения меньшей оваль-
ности необходимо на операции шлифования желобов дос-
тигать II класса шероховатости поверхности. Настройка
и режимы чистового шлифования желобов колец экспери-
ментальной партии:
= 0,3 t 0,4 мм;
Д2 = 0,1 * 0,2 мм;
4 = 15°; Jb = 120°; /*= 45°.
Поперечная подача t , мм/мин 0,04-0,06
58
Время выхаживания, сек 20
Характеристика круга ЭБ180С1К.
Усилие прижима изделий к планшайбе роликами и
пружиной равно 2 кГ.
VK = 25 м/сек; V* = 30 м/мин.
Бесцентровое чистовое шлифование желобов внут-
ренних колец высокоточных подшипников с базой от шли-
фуемого желоба на жестких опорах целесообразно произ-
водить методом врезания.
В отделе шлифовально-доводочных работ для суще-
ствующих круглошлифовальных станков XC3-3486 создан
автооператор с оснасткой для автоматического бес-
центрового шлифования на жестких опорах и привода из-
делия от электромагнита планшайбой. На модернизиро-
ванном полуавтомате шлифуются дорожки качения внут-
ренних колец цилиндрических роликоподшипников разме-
ром от 17 до 120 мм.
С помощью гидравлической системы полуавтомат вы-
полняет:
I) быстрый подвод и отвод бабки шлифующего круга;
2) черновое и чистовое шлифование и выхаживание;
3) компенсацию износа круга;
4) правку круга.
Загрузка и разгрузка изделий (колец) произво-
дится автооператором, который устанавливает изделия
на блок жестких опор.
Электромагнитная планшайба с блоком жестких опор
крепится неподвижно к корпусу шпинделя изделия. Ка-
тушка планшайбы питается постоянным током напряжением
36 в. в качестве выпрямителя используется мост на
кремниевых диодах типа Д-302.' Максимальное тяговое
Усилие составляет 25 кГ. Величина усилия регулируется
изменением силы тока.
59
Автооператор состоит из цилиндра, загрузочного и
разгрузочного лотков и плиты, которая скрепляется с
электромагнитной планшайбой. Привод автооператора
осуществляется от электрогидравлического золотника
через регулятор давления, к которому масло поступает
из сети под давлением 4-6 кГ/см2.
При лабораторных испытаниях экспериментальной
оснастки станка XC3-3486 для автоматического бесцент-
рового шлифования на жестких опорах с электромагнит-
ной планшайбой в момент шлифования дорожки качения
внутренних конических колец 7611 точность размеров и
формы (овальность, угол конуса удвоенная непер-
пендикулярность к боковому торцу, разностенность) на-
ходились в пределах классов Н и В.
При этом цастройка и режимы были следующими:
Расположение жестких опор «6 =10°,^=120°,/=50°.
Скорость круга К , м/сек 35
Скорость изделия , м/мин 70
Поперечная подача, мм/мин
черновая 0,9
чистовая 0,1
Время выхаживания, сек 3
Правка круга - через 25-30 колец
Шлифование Тшт, сек
черновое 40
чистовое 30
На заводе шлифовальных станков ВЕБ в Карл-Маркс-
Штадте (ГДР) [ 15 ] проведены экспериментальные срав-
нительные исследования шлифования наружных круглых
поверхностей (дорожек качения) внутренних колец кони-
ческих и цилиндрических роликоподшипников бесцентро-
вым методом на жестких опорах о ведущей электромагнит-
ной планшайбой и при закреплении изделия в мембранном
патроне.
60
Наладка жестких опор была определена эксперимен-
тальным путем и характеризуется следующими данными:
Ji = ПО ♦ 120°;
Г= 45 ♦ 50°;
сС = 25 * 10°,
где <Д - угол между жесткими опорами;
- угол между жесткой опорой и контактом шли-
фующего круга с изделием.
Смещение изделия в направлении подачи шлифующего
круга должно быть меньше, чем погрешности формы заго-
товки. Для случая, приведенного на рис. 15а, можно
иметь следующую зависимость:
и = и Г .
Scnji
Рис. 15а. Изменение подачи
в направлении шлифующего
круга
Эксцентрицитет был принят равным 0,4 мм, который
практически считается наилучшим. Увеличение эксцентри-
цитета вызывает повышенный износ магнитной планшайбы.
При уменьшении эксцентрицитета и больших погрешностях
формы заготовки возникает опасность выскальзывания
изделия с жестких опор.
Направление эксцентрицитета должно быть выбрано
так, чтобы перпендикуляр к направлению эксцентриците-
61
та, проходящий через середину изделия, приблизительно
делил пополам угол Ji между жесткими опорами.
По программе сравнительных испытаний шлифовались
дорожки качения диаметром от 40 до 140 мм при силе
сцепления с ведущей магнитной планшайбой от 3 до
10 кГ, соответственно размеру диаметра кольца.
Попутное шлифование производилось при скорости
шлифующего круга Ук =50 м/сек. Режим подачи подбира-
ется одинаковым для шлифования при зажиме в мембран-
ном патроне и при бесцентровом шлифовании на жестких
опорах.
Рис.156. Схема определения
величины £, увеличивающей
размер радиального припуска
Авторы экспериментов полагают, что при шлифова-
нии на жестких опорах при съеме стружки подача умень-
шается, так как изделие несколько отходит от шлифую-
щего круга. Поэтому на размер X (рис. 156) должен
быть увеличен радиальный припуск днх s R-R. который
следует удалить, то есть
S - bRK + z ,
где R - радиус заготовки;
Rt - радиус изделия после шлифования.
Величинах в соответствии с рис. 156 определит-
ся из уравнения
62
После этого при шлифовании на жестких опорах не-
обходимо соответственно увеличить подачу.
Радиальный припуск во всех случаях был не менее
0,05 мм.
В результате сравнительных экспериментальных ис-
следований было установлено, что точность формы доро-
жек качения внутренних колец конических роликоподшип-
ников при бесцентровом шлифовании на жестких опорах
во всех случаях оказалась лучшей, чем при шлифовании
с базированием в мембранном патроне (рис. 16).
пкп
4 8 П 15 п
Рис. 16. Некруглость формы поперечного
сечения дорожки качения внутреннего
кольца конического роликоподшипника
30214:
I - при шлифовании с зажимом в мемб-
ранном патроне; 2 - при бесцентровом
шлифовании на жестких опорах
Точность по неперпендикулярности дорожки качения
к базовому торцу при бесцентровом шлифовании на жест-
ких опорах с прижимом базового торца к электромагнит-
ной планшайбе значительно стабильней и выше, чем при
шлифовании в мембранном патроне.
Так как следующей операцией является бесцентро-
вое шлифование посадочного отверстия с базой по шли-
фованной дорожке качения на жестких опорах, то разно-
стенность будет существенно меньше, чем при шлифова-
нии в мембранном патроне.
63
В отделе шлифовально-доводочных работ ВНИППа
проведено исследование /"I6J бесцентрового шлифова-
ния методом врезания на жестких опорах желобов внут-
ренних колец шарикоподшипников 2П. Схема настройки
операции на станке "Джонс и Лемпсон" приведена на
рис. 12. Параметры настройки:
I. Жесткие опоры, армированные твердым сплавом
(твердость НВА 91,5-92,0 при нагрузке 60 кГ), выпол-
нены в виде самоустанавливающихся кулачков с полиро-
ванным фасонным профилем, соответствующим шлифуемой
поверхности желоба. Опоры предельно жесткие, так как
при нагрузке 40 кГ они не имеют заметной деформации в
направлении действия силы.
2. Жесткие опоры установлены под углами «4 =10°,
j8=I25°, f =45°.
3. Координаты смещения оси вращения изделия от-
носительно оси вращения планшайбы: = 0,4 мм;
Д1=0,4 мм.
4. Сила притяжения изделия планшайбой при водной
охлаждающе-смазывающей жидкости равна 3,5 кГ/см2, а
коэффициент трения трущихся поверхностей /*=0,2.
5. Режимы шлифования:
Скорость шлифующего круга VK , м/сек 50
Скорость изделия У„ , м/мин 64
Характеристика круга "Нортон" A80M5VBE
Поперечная подача t, мм/мин 2,4
Время выхаживания, сек 2
Шлифующий круг указанной характеристики сохраня-
ет профиль на трех последовательно прошлифованных
кольцах.
Точность прошлифованной партии колец (100 штук)
характеризуется следующими данными:
Размер диаметра желоба, мкм от +10 до -15
Овальность желоба, мкм от 2 до 6; о =1,02 мкм
Волнистость поверхности желоба, мкм 0,76
64
В отделе шлифовально-доводочных работ также про-
ведено исследование процесса бесцентрового шлифования
вВутренних колец шарикоподшипников 209 на жестких
опорах. Оно проводилось методой качания при следующих
настройке и режимах:
I. Желобошлифовальный автомат фирмы "Морара",
модель "Матикус" Еа - 10". Статическая жесткость не-
подвижных опор недостаточна и равна 0,4 кГ/мкм.
2. Жесткие опоры установлены под углами «6 =10°,
JJ=I25°, Г =45°.
3. Координаты смещения оси вращения изделия от-
носительно оси вращения планшайбы 4^ = 0,4 мм;
Д2 = 0,4 мм.
4. Режимы шлифования:
Скорость шлифующего круга Vx , м/сек 32
Скорость изделия м/мин 61
Поперечная подача t , мм/мин 1,8
Время выхаживания, сек 5
Число двойных качаний в минуту S, 36
Характеристика круга ЭБ12СМВ
Припуск на диаметр П, мм 0,6
Влияние изменения координат смещения оси враще-
ния изделия при вС = 10°; fi =125°; /~=45° относитель-
но оси планшайбы приведено на рис. 17.
Не лишена интереса динамика изменения овальности
и огранки шлифуемой поверхности желоба по мере при-
ближения его размера к номиналу. Эксперименты показа-
ли, что исходные овальность и огранка уменьшаются по
хере приближения к номинальному размеру желоба, при
котором проводилась настройка, и достигают оптималь-
ного значения для определенного варианта технологиче-
ской настройки.
65
При этом подтверждается, что исходные овальности
и огранка при шлифовании на жестких опорах с базой от
шлифуемой поверхности не влияют на конечное значение
этих величин.
Рис. 17. Изменение овальности и
огранки шлифованной поверхности
желоба на одном кольце по мере
съема поипуска:
I - овальность; 2 - треуголь-
ность при ли и ля = 0,4 мм; 3 -
овальность; 4 - треугольность
приду иА1=О,33 мм
Точность прошлифованной партии колец (100 штук)
характеризуется следующими данными:
Размер диаметра желоба, мкм +17
Овальность желоба, мкм от I до б; G=1,05
Огранка, мкм 0,8
Методом врезания при бесцентровом наружном круг-*
лом шлифовании на жестких опорах могут быть обработа-
ны с большой точностью внешние поверхности вращения
различных профилей: цилиндрические, конические и лю-
бые фасонные круглые профили ограниченной длины. Все
выводы, сделанные в отношении шлифования желобов внут-
ренних колец шарикоподшипников для этих профилей,
остаются в силе.
66
И.Б.Колтунов 2’17, 18, 19J, следуя вышеизложен-
ный методам аналитического исследования формообразо-
вания при бесцентровом круглом шлифовании, применил
метод гармонического анализа и исследовал влияние
геометрических параметров расположения опор на про-
цесс формообразования при бесцентровом круглом шлифо-
вании колец на двух жестких опорах. При бесцентровом
шлифовании на жестких опорах (рис. 18) мгновенный
Рис. 18. Бесцентровое круглое шлифование на жест-
ких опорах: а - расчетная схема; б - схема изме-
нения исходной погрешности изделия
центр изделия 0 определяется радиусами и ^3’ к0“
торые соответствуют точкам касания изделия с жесткими
опорами К и U . Относительное расположение радиусов
tp «2И гз (где *1 соответствует точке касания
изделия со шлифующим кругом) определяется углами Ji и
Так как заготовка имеет некруглость формы, а ра-
диусы Zp 2 £ и Различны и изменяются во време-
67
ни, то мгновенный центр 0 в процессе шлифования такие
будет изменять свое положение. Перемещение мгновенно-
го центра заготовки, точнее его проекция на на-
правление радиуса в сумме с ошибкой по этому ра-
диусу А^ определяет мгновенный натяг (перемещение
заготовки к шлифовальному кругу) при шлифовании на
жестких опорах, который выражается следующей формулой:
Конутр поперечного сечения заготовки является
непрерывной функцией радиуса по углу поворота и может
быть описан полиномом Фурье в виде
s С3 sin. ^slndipfcL^f.--
.... ¥> C^sin(n(pfoin}t....,
где ... Сл - амплитуды соответствующих гармоник;
otj ... - начальные фазы гармоник;
ip - угол поворота изделия.
Мгновенное значение погрешности каждого радиуса
может быть выражено посредством fi и р .
Мг = [n.liptjM+d.rf,
§Ch. Sift [n(lp+JS +<PI+dn].
После соответствующих преобразований мгновенный натяг,
вызываемый каждой гармоникой, будет иметь следующие
выражения: ах* - О,
АХ* = С2 sin (2(р+А3 ),
4 «I = С3 ^/в^й3 sin.(3pfd3
A ** s sen (n If* .
Чередующийся суммарный натяг в системе "изделие-
шлифовальный круг", который создается исходными по-
грешностями всех гармоник, составляет
68
где t___________в
я ^!fi<- ^!cas fiin^ссп.^»)-
scnfi Scnfi J>
?). MW>siri ;
Sini/J T‘ SifH/t •* ’
n n.
Первая гармоника (эксцентричность) - смещение
центра изделия относительно центра приводной планшай-
бы - не создает натяга, и геометрический центр изделия
совпадает с центром вращения.
Погрешности формы типа "овальность" создают на-
тяг типа второй гармоники. Изменение натяга по углу
поворота изделия является также гармонической функ-
цией, амплитуда которой отличается от амплитуды вто-
рой гармоники в Kt раз и сдвинута по отношению к
исходной погрешности этой гармоники на угол . Ана-
логичное изменение натяга создается 3-й, 4-й и п -й
гармониками.
Изменение натяга, вызываемое каждой гармоникой,
не совпадает с амплитудой исходной гармоники и сдви-
нуто по фазе относительно ее на углы , dj....
Процесс исправления исходной погрешности любой
гармоники может быть представлен в виде векторной
схемы (рис. 18,6),
где дД - исходная погрешность формы;
Л, - объем металла;
4 р - текущая погрешность формы, полученная в
J процессе шлифования, которая определяется
формулой________________
Д-jo s |4+h.l-Zbpoh.-cos#' .
69
Это дает возможность вычислить текущее значение пог-
решности в любой точке в пределах каждого оборота из-
делия.
Полагая величину съема металла, пропорциональную
произведению натяга на жесткость системы, будем иметь
А я дх j, • Кр = j.,CnKnsln,[n, ,
где Кр- коэффициент резания.
Следовательно, съем металла является гармоничес-
кой функцией. Он уменьшается после каждого оборота
изделия. Изменение исходной погрешности выражается
проекцией вектора съема в направлении этой погрешно-
сти и составляет
Так как й^ KS* * й* - cos , то
Величина Йл определяет интенсивность исправления
исходной погрешности и является коэффициентом исправ-
ления формы. Если йп-0 , то исходная погрешность
данной гармоники не будет исправляться. Если йл>0 ,
то упомянутая погрешность будет исправляться, причем
тем эффективнее, чем угол о" меньше и положительная
величина йл больше. Если же йл < 0 , то исходная
погрешность будет увеличиваться, а форма изделия ухуд-
шаться.
Коэффициенты исправления Йп, зависят от угловЛ
и (р и могут быть подсчитаны по вышеприведенной форму-
ле. В результате анализа коэффициентов формообразова-
ния установлены оптимальные наладки расположения
жестких опор при углах п , л п
7 = 120° и = 50°; ф = 100° и fi = 60°.
Экспериментально установлены следующие оптималь-
ные технологические параметры при шлифовании внешних
круглых поверхностей на жестких опорах при базирова-
нии изделия по шлифуемой поверхности:
Припуск на диаметр Пр , мм 0,3
Черновая подача £„₽пн, мм/мин 0,3
Чистовая подача S^ct» “м/мин 0,1-0,15
70
БЕСЦЕНТРОВОЕ ШЛИФОВАНИЕ НА ЖЕСТКИХ ОПОРАХ
ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ
(ОТВЕРСТИЙ КОЛЕЦ)
Изделие при бесцентровом шлифовании отверстия
опирается на две жесткие опоры А и Б (рис. 19) и под-
жимается плоским торцом к вращающейся планшайбе шпин-
деля роликами или электромагнитом. При указанном рас-
положении жестких опор и направлении действия силы
шлифования ось вращения изделия смещается вправо и
вверх относительно оси вращения ведущей планшайбы на
величину £ . В этом случае сила тре-
ния, возникающая на соприкасающихся поверхностях из-
делия и планшайбы, вращает изделие и за счет прос-
кальзывания осуществляет непрерывный автоматический
контакт базовой поверхности изделия с жесткими опора-
ми.
На рис. 19,а,б приведена схема действия сил на
изделие при бесцентровом холостом вращении на жестких
опорах с базой по шлифованной наружной поверхности.
Равнодействующая сила трения F , с учетом проскальзы-
вания на соприкасающихся поверхностях изделия и веду-
щей планшайбы шпинделя последнего, будет направлена
под углом 90° к линии S , соединяющей центр вращения
изделия с центром вращения планшайбы.
При холостом вращении изделия с постоянными кон-
тактами жестких опор равнодействующая сила направлена
71
Рис. 19. Бесцентровое шлифование внутренних по-
верхностей тел вращения на жестких опорах:
а - схема действия сил на изделие при холостом
вращении; б - многоугольник сил при холостом
вращении; в - схема действия сил при шлифовании
72
между жесткими опорами А и Б и надежно автоматически
поддерживает постоянный контакт изделия с опорами,
что подтверждается при рассмотрении многоугольника
сил, действующих на изделие (см. рис. 19,6). В про-
цессе шлифования отверстия изделие находится под дей-
ствием тех же сил и силы шлифования Р (рис. 19,в).
Рис. 20. Оптимальное значение
овальности посадочных отверс-
тий и разностенности внутрен-
них колец подшипника 209 при
шлифовании за один цикл на
жестких опорах с базой от
шлифованного желоба:
I - разностенность; 2 - оваль-
ность желоба; 3 - овальность
отверстия
Равнодействующая сила R в этом случае также на-
правлена между двумя жесткими опорами и надежно обес-
печивает непрерывный автоматический контакт изделия с
опорами, а также его устойчивое положение во время
шлифования.
Проведенные исследования настройки жестких опор
при бесцентровом шлифовании посадочных отверстий
внутренних колец 209 с базой от шлифованного желоба
на внутришлифовальном автомате фирмы "Морара” за один
цикл показали, что жесткие опоры, расположенные под
углами X =70°, J5 =110°, f =0°, и смещение коорди-
нат центра вращения относительно центра вращения ве-
дущей планшайбы на Ду =0,4 мм и 42 =0,2 мм дают
возможность осуществлять форсированную поперечную по-
дачу, а также получать наименьшие значения овальности
отверстия и разностенности колец. На рис. 20 приведе-
ны экспериментальные данные по овальности посадочных
отверстий и разностенности колец.
Кроме этого, на графике приведена овальность
шлифованной поверхности желоба, которая является ба-
зой при шлифовании отверстий.
Эксперименты показали, что при шлифовании поса-
дочных отверстий за один цикл разностенность колец
находится в пределах 2-3 мкм, а овальность отверстий
точно копируется по овальности базы (шлифованной по-
верхности желоба) и находится в пределах 2-6 мкм.
На рис. 21 представлена телирондограмма некруг-
лости формы поверхности посадочного отверстия, про-
шлифованного во втором цикле при чистовой поперечной
подаче £=0,10 мм/мин и удалении припуска на сторону
11=0,03 мм. Эта телирондограмма подтверждает, что при
бесцентровом шлифовании на жестких опорах отверстий
колец копируется не только овальность базовой поверх-
ности, но и другая некруглость формы - огранка.
В отделе шлифовально-доводочных работ ВНИППа
проведены также экспериментальные работы по определе-
нию точности чистового шлифования отверстий внутрен-
них колец подшипников 436207 бесцентровым методом на
74
жестких опорах с базированием по шлифованному желобу.
Жесткие опоры выполнены в виде шариков из твердого
сплава.
При бесцентровом шлифовании отверстий внутренних
колец на жестких опорах с базой от шлифованного жело-
ба получены те же закономерности точностных парамет-
ров, что и при шлифовании желобов на жестких опорах.
Разностенность внутренних колец для прошлифованной
партии (более 100 штук) не выходила за пределы I мкм.
Из кривой 2 (см. рис. 14) видно, что основная масса
колец имеет разностенность 0,6 мкм.
Рис. 21. Телирондограмма не-
круглости формы базовой по-
верхности желоба кольца и
формы поверхности посадочно-
го отверстия:
I - поверхность желоба;
2 - посадочная поверхность
отверстия. Н„ =0,5 мкм;
Нотв =0,5«мкм
Неперпендикулярность отверстий к торцу определя-
ется в первую очередь точностью вращения шпинделя из-
делия в осевом направлении, а также зависит от непер-
пендикуляркости базовой поверхности к торцу. Чтобы
исключить влияние неперпендикулярности базовой поверх*
ности к торцу, следует применить точечный контакт
вместо линейного, используя шариковые опоры.
В отделе шлифовально-доводочных работ
с помощью опытной технологической оснастки на желобо-
шлифовальном полуавтомате ЛЗ-8 проведено исследова-
75
вив точности и производительности бесцентрового шли-
фования на жестких опорах желобов наружных колец ша-
рикоподшипников 307 нормальной точности в один цикл
методом качания. Шлифование производилось при следую-
щих постоянных параметрах:
Скорость круга VK , м/сек 37
Скорость изделия , м/мин 237
Грубая поперечная подача г, м/мин 2,0
Время выхаживания, сек 8,0
Характеристика круга ЭБ12СИВ
Число двойных качаний в минуту 40
Припуск на шлифование по диаметру, мм 0,45-0,70
Среднее штучное время, сек 35-38
Цикл шлифования, сек 28-30
Координаты смещения оси вращения изделия относи-
тельно оси ведущей планшайбы и Д2=0,4 мм.
Расположение жестких опор характеризуется углами
06=70°, j5=II0°, f=0°.
В результате исследования получены следующие
данные для партии колец (100 штук):
I. Рассеивание размеров желобов по диаметру
(рис. 22,а) находилось в пределах -2 +б мкм при сред-
неквадратичном отклонении G> =1,955 мкм.
2. Овальность поверхности желоба при бесцентро-
вом шлифовании на жестких опорах находится в зависи-
мости от овальности базовой внешней цилиндрической
поверхности. Для данной партии это выражается следую-
щими данными. Овальность внешней цилиндрической базо-
вой поверхности (рис. 22,6) имеет отклонение от 2 до
б мкм при среднеквадратичном отклонении 6 =0,86 мкм.
Овальность шлифованной поверхности желоба (рис.22,в)
в партии имеет отклонение от 3 до б мкм при средне-
квадратичном отклонении (5 =0,65 мкм. Овальность не-
76
од
6*0,333 мкм
12 1 U61
Раънкгмнносгпь Ьр,гшм
—J г
Рис 22. Гистограммы распределения точности Раз-
меров и формы желобов наружных колец подшипника 307.
а - отклонение размеров диаметра желоба; б - оваль-
ность базовой внешней цилиндрической поверхности,
в - овалйос?! желоба; г - разйостенность желобов ]
77
шлифованных желобов в этой партии находилась в преде-
лах от 3 до 30 шеи при среднеквадратичном отклонении
6=5,67 мкм и не оказала влияния на овальность при
шлифовании на жестких опорах.
3. Разностенность колец по желобу при шлифовании
на жестких опорах за один цикл достигает высокой точ-
ности и не зависит от разностенности до шлифования.
Для данной партии она выражается следующими показате-
лями. Разностенность до шлифования желоба имеет от-
клонение в партии от 7 до 37 мкм при среднеквадратич-
ном отклонении б =7^ 2 мкм, а после шлифования жело-
ба на жестких опорах (рис. 22,г) - отклонение от 3 до
5 мкм при среднеквадратичном отклонении б =0,333 мкм.
При шлифовании желобов наружных и внутренних ко-
лец шарикоподшипников на жестких опорах методом кача-
ния смещение центра вращения изделия относительно
центра вращения ведущей планшайбы на величины ду и да
вызывает некоторое изменение радиуса качания изделия
и соответственно радиуса профиля шлифуемой поверхно-
сти (желоба). Проведенный анализ /"20J этого измене-
ния позволяет сделать следующие выводы:
I. При наружном шлифовании желобов внутренних
колец шарикоподшипников смещение центра вращения из-
делия в горизонтальном направлении на величину Ду
может быть скомпенсировано перемещением системы "де-
таль-планшайба" на д^ в обратном направлении. Сме-
щение центра вращения изделия на величину дх в вер-
тикальном направлении в пределах 0,1-0,5 мм влияет на
изменение радиуса качания изделия настолько незначи-
тельно, что им можно пренебречь.
2. При внутреннем шлифовании желобов наружных
колец смещение центра вращения изделия над^ идя
может превысить допуск на радиус профиля желоба, в
78
среднем равный 0,08 мм. В этом случае изменение ради-
уса качания надо проверять по формуле
где Лн - диаметр изделия;
- диаметр круга;
ди - смещение центра вращения изделия в верти-
кальном направлении.
После проверки в случае превышения допуска на
форму желоба надо произвести компенсацию смещения да.
Уменьшение диаметра шлифовального круга в про-
цессе шлифования также приводит, при наличии верти-
кального смещения центра вращения изделия на az, к
изменению радиуса профиля желоба, что тоже надо учи-
тывать в практике шлифования желобов наружных колец.
79
ТЕХНОЛОГИЯ БЕСЦЕНТРОВОГО ШЛИФОВАНИЯ НА ЖЕСТКИХ
ОПОРАХ И ДОВОДКИ КОЛЕЦ ПРЕЦИЗИОННЫХ ПОДШИПНИКОВ
Точность бесцентрового шлифования на жестких
опорах необходимо повышать в первую очередь за счет
увеличения точности вращения ведущей планшайбы и
уменьшения осевого биения шпинделя изделия, так как
жесткие опоры не изменяют влияния осевого биения
шпинделя [ 21J.
В отделе технологии прецизионных подшипников
ВНИППа [ 22 ] разработана новая конструкция шпинделя
изделия к станку МШ-182 с прижимом вала к неподвижной
опоре. Проведенными экспериментами установлено, что
применение шпинделя изделия с прижимом вала к непод-
вижной торцовой опоре при шлифовании на жестких опо-
рах позволяет достигнуть точности по непараллельности
желоба торцу наружного кольца подшипника 46202 в пре-
делах 0,5 мкм (рис. 23). Такая точность достигается
при шлифовании мелкозернистыми кругами и длительном
выхаживании.
С целью сравнения была определена точность бес-
центрового шлифования на жестких опорах на круглошли-
фовальном станке фирмы "Фортуна". Для этого станка
был изготовлен шпиндель изделия и на нем установлены
радиально-упорные подшипники с боковым и радиальным
биением в пределах I мкм.
80
Проведенные эксперименты показали, что непарал-
лельность желоба торцу внутренних колец 436207 нахо-
дилась в пределах 0,5 мкм, а овальность желоба - в
пределах 0,7 мкм. Применение в шпинделе изделия под-
шипников качения высокой точности при бесцентровом
шлифовании на жестких опорах позволяет достигать точ-
ности колец по всем параметрам в пределах долей мик-
Рис. 23. Точность обработки желобов на
жестких опорах:
I - непараллельность оси желоба торцу
наружного кольца подшипника 46202;
2 - непараллельность оси желоба торцу
внутреннего кольца подшипника 436207;
3 - овальность желоба внутреннего
кольца подшипника 436207
Для бесцентрового шлифования на жестких опорах
колец подшипников класса^ рекомендуется шпиндель из-
делия, смонтированный, на радиально-упорных подшипни-
ках (высокой точности) без прижима вала к неподвижной
опоре•
Шпиндель изделия с прижимом вала к неподвижной
опоре обеспечивает точность по непараллельности оси
81
желоба торцу и неперпендакулярности отверстия торцу в
пределах микрометра. Он рекомендуется для шлифования
колец подшипников выше класса С.
В отделе технологии прецизионных подшипников
ВНИППа отработана технология шлифования колец подшип-
ников, обеспечивающая их точность по всем геометричес-
ким параметрам в пределах 0,5 мкм, и определены усло-
вия, при которых изменение геометрической точности на
операции доводки не превышает 0,2 мкм.
Особенностями технологического процесса являются:
I. Применение метода бесцентрового шлифования на
жестких опорах на операциях предварительного и окон-
чательного шлифования посадочного отверстия внутренне-
го кольца, бортиков и желобов наружных и внутренних
колец.
2. Доводка торцов колец до операции предваритель-
ного шлифования желоба, что дает возможность произво-
дить окончательное шлифование с малым припуском
(0,06 мм на диаметр).
3. Шлифование желоба внутреннего кольца с базой
от шлифуемой поверхности.
4. Одновременная подторцовка наружного и внут-
реннего колец в паре на круглошлифовальном станке ти-
па "Фортуна” со специальным приспособлением на жест-
ких опорах.
5. Применение одной операции шлифования желобов
во втором цикле.
Для достижения высокой точности и минимальных
припусков на операции окончательного шлифования в
первом цикле обработки точность по всем геометричес-
ким параметрам, за исключением оси желоба, находилась
в пределах класса В. Допуск на высоту кольца устанав-
ливается в пределах 0,02 мм, а положение желоба - в
пределах +0,02 мм.
82
Гарантированный припуск для второго цикла обра-
ботки по торцу равен 0,02 мм, по отверстию - 0,05 мм,
по желобу - 0,06 мм, по наружной поверхности наружно-
го кольца - 0,05 мм.
Геометрическая точность колец при такой техноло-
гии характеризуется рис. 24.
Рис. 24. Геометрическая точность колец прецизион-
ных подшипников:
I - овальность; 2 - непараллельность оси желоба к
торцу; 3 - разностенность
Доводка желобов внутренних колец производится на
оправке I с зазором посадки кольца не менее 0,02 мм.
Кольцо 2 прижимается к торцу оправки специальным при-
способлением 3 с опорой, самоцентрирующейся по торце-
вой поверхности кольца (рис. 25). В зависимости от
радиального давления Pt подбирается осевое давление
Pg, при котором обрабатываемое кольцо вращается с
оправкой и одновременно обкатывается по ней. Отноше-
ние -£*=0,6 является оптимальным. При таком способе
зажима%зделия геометрическая точность колец на до-
водке не ухудшается.
85
Рис. 25. Схема установки кольца для доводки желоба
алмазной шкуркой
Рис. 26. Овальность желобов колец после шлифо-
вания и последующей доводки алмазной шкуркой:
I - после шлифования; 2 - после доводки
84
Этот способ зажима может быть отнесен к разно-
видности бесцентровой установки изделия на жесткие
опоры, где жесткой опорой является оправка при нали-
чии гарантированного зазора. При этом на оправке
уменьшается эффект скольжения изделия, что устраняет
"натиры", которые могут возникнуть при жестких опо-
рах. Доводка желоба наружных колец производится с
базированием изделия на жестких опорах. При доводке
обычно увеличивается овальность обрабатываемой по-
верхности. В результате экспериментальных исследова-
ний установлено, что увеличение овальности происходит
не только за счет биения изделия, но и ввиду неровно-
сти съема металла шкуркой (неоднородность режущей
способности инструмента). Оказалось, что применение
алмазной шкурки дает максимальное изменение овально-
сти 0,2 мкм (рис. 26), а при доводке абразивной шкур-
кой - 0,4 мкм.
По данной технологии изготовлено несколько типов
прецизионных подшипников с посадочным отверстием 8-
10 мм с зажимом и без зажима, которые применяются для
высокооборотных электрошпинделей (70000-90000 об/мин).
Уровень вибраций подшипников, измеренный на спектро-
анализаторе фирмы ’’Брюль и Кьер”, соответствует уров-
ню вибраций малошумных подшипников с индексами Ш5 иШ6.
85
ОПТИМИЗАЦИЯ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
ПРИ ШЛИФОВАНИИ ОТВЕРСТИЙ (ЖЕЛОБОВ НАРУЖНЫХ КО-
ЛЕЦ) ЗА ПЕРИОД СТОЙКОСТИ ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА
Отделом шлифовально-доводочных работ ВНИППа и
кафедрой "Автоматизированного электропривода" Куйбы-
шевского политехнического института проведено иссле-
дование влияния размерного износа круга на основные
технологические параметры при шлифовании отверстий
(желобов наружных колец) и разработана опытная кон-
струкция автоматического регулятора с самоизменяющей-
ся программой скорости съема припуска.
Наиболее эффективные пути повышения производи-
тельности шлифования изделий и улучшения качества об-
работанных поверхностей сводятся к автоматизации оп-
тимальной поперечной подачи и к постоянству оптималь-
ной линейной скорости шлифующего круга.
Постоянство оптимальной линейной скорости шлифу-
ющего круга значительно упростит замкнутые системы
автоматического регулирования процесса шлифования по
другим параметрам. И эту проблему надо решить в пер-
вую очередь. Но она пока для шлифовальных станков не
имеет практического решения.
Автоматическое регулирование поперечной подачи
может осуществляться по одному из следующих парамет-
ров:
86
I. Действительная скорость съема припуска.
2. Нормальная (радиальная) сила шлифования.
3. Полезная мощность мотора* вращающего шлифую-
щий круг.
В общем виде эти параметры могут быть выражены
следующими зависимостями. Мощность шлифования^(квт)
составляет
где Рк - касательная сила шлифования* кГ;
- линейная скорость шлифующего круга, м/сек;
К - коэффициент.
Рк связана определенной зависимостью для кругов
данной характеристики с радиальной (нормальной) силой
шлифования Ри:
Радиальная сила шлифования, в свою очередь, свя-
зана зависимостью с действительной скооостью съема
припуска:
Закон изменения действительной скорости съема
припуска в течение цикла шлифования может выражаться
в функции припуска S:
Vef3!S).
В системах автоматического регулирования по заданной
программе скорости съема припуска регулирование про-
изводится одним фактором - величиной припуска. Одно-
родность качества самозатачивающихся кругов должна
обеспечивать работу их без "засаливания”.
При автоматическом регулировании по радиальной
силе могут возникнуть локальные ожоги в начале шлифо-
вания, когда контакт круга с изделием осуществляется
не по всему периметру касания.
87
В системах автоматического регулирования по по-
лезной мощности электродвигателя шлифующего круга ко-
лебания потерь холостого хода отрицательно влияют на
процесс шлифования.
Изменений диаметра шлифовального круга, вслед-
ствие износа и изменяющихся при этом технологических
факторов, существующие системы-не учитывают. Поэтому
программу изменений действительной скорости съема при-
пуска или радиальной силы назначают для надежности,
исходя из минимальной скорости круга. Очевидно, в
этом случае недоиспользуются возможности загрузки
круга при начальных его размерах.
На основе экспериментальных данных /"23J при
шлифовании кругами на керамической связке радиальную
силу шлифования оказалось возможным вычислить по
следующей формуле:
п _ 4,85* _
’ГЦЦ,*11С?
7
и
где Сри i - константы, характеризующие внедрение зерен
круга в металл (для острорежущего круга с
самозатачиванием принято Ср~? и 2=1,5);
V* - линейная скорость изделия, м/мин;
Vnp - продольная подача изделия, мм/об;
У„р0$- относительная продольная подача
где Н - ширина круга);
I - среднее расстояние между абразивными зер-
нами (£=0,27 мм для круга зернистостью
12);
Р - коэффициент, для внутреннего шлифования
Р*
где, в свою очередь, Л - диаметр круга; d- диаметр
изделия;
88
- глубина шлифования численно равная, мм/об
F- = 100 Y1 ;
9 *и
Ри - радиальная сила на I си ширины круга, кГ/си;
- действительная скорость съема припуска,
мм/мин;
пи- число оборотов изделия в минуту.
Расчетные значения сил при шлифовании наружных
колец подшипника 214 крутой с характеристикой Э12СМ и
постоянной скоростью съеиа припуска 1^=1,0 мм/мин
приведены на кривой 2 рис. 27. На графике показано,
что максимальная нагрузка на круг, а соответственно,
и на зерно, приходится в конце износа круга при
а минимальная - в начале работы
Толщина среза стружки а, , рассчитанная [ Zb] по фор-
муле
L yx'Lcp'ni'l'/CjJ
имеет аналогичную зависимость от (Г, которая показана
на кривой I рис. 27.
Обозначения:
• ?
t = 20 - количество зерен на I тг площади
периферии круга;
/в =0,05 - расчетная раэновысотность между зерна-
ми;
/п, /г - постоянные, характеризующие форму лез-
вия зерна (принято/п= 1,8 и л =0,65);
Ки- коэффициент, учитывающий отклонение
формы среза от прямоугольника;
Lep~ длина среза Lep ' V? ’
89
Приведенные расчетные данные показывают* что пои
регулировании процесса шлифования оптимальный режим и
цикл возможны только при дополнительном учете умень-
шения диаметра круга в процессе шлифования [ 25 J,
Рис. 27. Зависимость толщины
среза стружки а=-Р,(о) (кри-
вая I) и радиальной силы
шлифования Р»я?< (о) (кривая 2)
от диаметра круга
Экспериментальные исследования влияния размерно-
го износа шлифовального круга на основные технологи-
ческие параметры процесса шлифования фасонных отвер-
стий (желобов) наружных колец проведены на сферошли-
фовальном полуавтомате ЛЗ-5М. Полуавтомат оснащен ав-
томатическим регулятором поперечной подачи СП-2 сис-
темы Куйбышевского политехнического института.
Шлифовались желоба наружных колец подшипников
312 кругами на вулканитовой связке с характеристикой
ЭБ12СМ и начальным размером 90x20x18 мм при следующих
неизменных режимах* кроме поперечной подачи:
Скорость шпинделя шлифующего круга /гж *
об/мин II200
Скорость изделия , м/мин 100
Число двойных ходов в минуту X 30
Угол качания бабки изделия «L , град 36
При постоянной скорости суппорта поперечной по-
дачи шлифование каждого кольца производилось до тех
90
пор, пока скорость нарастания упругой деформации не
становилась равной нулю. После этого шлифование ве-
лось без подачи до полного снятия упругой деформации.
Эксперимент производился одним и тем же кругом
при четырех фиксированных диаметрах:
2) <Г= 0,87; 4)fs0t6i.
Упругая деформация технологической системы при
шлифовании с постоянной скоростью съема припуска оп-
ределяется временем выхаживания после остановки суп-
порта поперечной подачи. В этом случае накопившаяся
упругая деформация расходуется на съем припуска и из-
нос круга
Обе составляющие упругой деформации определяются
по осциллограмме изменения припуска во времени. Ли-
нейный износ круга определяется путем графического
дифференцирования кривой изменения съема припуска по
времени S-F/t) . Строится кривая изменения скоро-
сти съема припуска по времени , а затем-кри-
вая скорости износа круга по времени С
применением кривых изменения скорости износа круга в
функции Vg . Интегрируя = за время выхажива-
ния, получаем линейный износ круга 4-$^# за этот
период.
По экспериментальным данным получена зависимость
упругой деформации СПИД от скорости съема припуска и
диаметра круга при шлифовании желобов наружных колец
312 на полуавтомате ЛЗ-5М (рис. 28). Так как прямые
проходят через начало координат, то они могут быть
выражены уравнением
91
В результате подсчетов с использованием суммы нал»
меньших квадратов получены следующие значения коэффи-
циентов а в зависимости от S : для ^=1,0 зависимость
^^'9 * для S =0,87 — =0,203 , для
<f=0,69 - ^=0,357 Vg и для <Г=0,61 - ^=0,3361},
Рис. 28. Зависимость упругой деформации
СПИД от скорости съема припуска и диа-
метра круга
Скорость износа шлифовального круга в зависимо-
сти от его диаметра и скорости съема припуска опреде-
92
лена экспериментально при установившемся режиме шли-
фования, когда деформация системы СПИД постоянна и
скорость ее равна нулю.
Тогда
Илк 3 К ~ пРи Vg.g s ,
где Ve -скорость суппорта;
Vg - скорость съема припуска.
Зависимость показана на рис. 29.
Зависимость износа круга от скорости действительного
съема припуска степенная в виде
К., ' С- vf ,
где t является функцией относительного изменения
диаметра круга
ю
0,6
5#
0.2
i‘O.61i‘O,SS 6‘0,&7h>1fl
VM--1.05Vf'
Vv--6fi7l^
О 0.1 02 0,3 Z?« 0,5 0,6 0,7 0,6 0,9
V^Vi'
3
круга
небольшой погрешностью
Рис. 29. Зависимость ско-
рости износа круга от ско-
рости съема припуска и ди-
аметра
Мощность шлифования с
можно считать пропорциональной мощности двигателя,
так как к.п.д. последнего в рабочем диапазоне мощнос-
тей меняется незначительно. Силы шлифования пропорци-
ональны мощности шлифования:
о . 2‘975- Л/ш. „р
Р*----’
93
где NM - полезная мощность электродвигателя привода
круга, квт;
Рп - касательная сила шлифования, кГ;
Лц ~ диаметр круга, мм;
п - скорость круга, об/мин.
Радиальная сила шлифования пропорциональна каса-
тельной силе
Коэффициент а для операции шлифования желобов
вулканитовым кругом экспериментально определен и со-
ставляет а =2,0*2,75. Для расчета принимается а =2,5.
На рис. 30 по экспериментальным данным приведена
зависимость мощности шлифования от действительной
скорости съема припуска и диаметра круга. Эта зависи-
мость имеет вид .
Числовые значения коэффициента 6 при различных 3* бу-
дут следующими:
(Г = 1,0; 0,87; 0,69; 0,61.
3 = 6,0; 5,20; 4,40; 3,60.
Зависимость скорости действительного съема при-
пуска от скорости суппорта поперечной подачи при из-
менении диаметра круга за период его стойкости
(рис. 31) дает возможность оценить влияние износа кру-
га за период его стойкости на соотношение между дей-
ствительной скоростью съема припуска и скоростью суп-
порта поперечной подачи.
Скорость съема припуска достигает своего макси-
мума при определенных условиях и дальше не растет,
несмотря на увеличение скорости суппорта. При этом,
чем меньше диаметр круга, что соответствует концу пе-
риода его стойкости, тем при меньшей скорости суппор-
94
Рис. 30. Зависимость
мощности шлифования
от скорости съема при-
пуска и диаметра круга
О 0,1 02 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0.6 0,9
Рис. 31. Зависимость скорости съема
припуска от скорости суппорта и диа-
метра круга
95
та наступает максимум скорости съема припуска. Это
указывает на ограничение возможности форсирования ре-
жимов шлифования для определенного размера круга.
Приведенные зависимости, полученные эксперимен-
тальным путем, подтверждают отрицательное влияние
размерного износа круга на процесс шлифования.
На рис. 32,а приведена совокупность одновременно-
го влияния на процесс шлифования комплекса главных
факторов при постоянной действительной скорости съема
припуска =0,46 мм/мин и различных диаметрах кру-
га. Несмотря на постоянство действительной скорости
съема припуска ( Уд = 0,46 мм/мин -const} скорость
износа круга увеличивается по мере уменьшения его
диаметра. Растут также упругая деформация технологи-
ческой системы ( Sy.g ) и скорость суппорта попереч-
ной подачи, а мощность уменьшается в соответствии с
увеличением скорости износа (осыпания) круга.
Для наиболее полного использования станка и кру-
га в течение всего периода его стойкости необходимо
нагрузку на круг (на зерно) сохранять постоянной и
равной максимально допустимой для данной операции.
Для достижения этой цели надо изменять скорость дей-
ствительного съема припуска в функции изменения диа-
метра круга во время его работы, увеличивая скорость
съема при больших диаметрах круга по сравнению с пре-
дельно допустимой скоростью съема припуска при конеч-
ном диаметре круга в конце его периода стойкости. Вы-
бор оптимальной зависимости изменения скорости съема
припуска в функции диаметра круга в период его стой-
кости может быть построен по следующим соображениям.
По зависимости упругой деформации системы (рис. 33)
Sy,a sf(Va. 6) при минимальном значении о" отжатие счи-
таем предельно допустимым. Для данной технологической
операции его можно принять fy.p =0.135 мм.
96
ис. 3d. Характеристика главных факторов шлифова-
ния при программе:
а - постоянной; б - самоизменяющейся
97
Приняв такое предельно допустимое отжатие (см.
рис. 28), в системе зависимости , d'J проведем
на уровне Л.а = 0,135 прямую линию, параллельную ор-
динате V? • Она пересечет все зависимости
соответствующие размеру диаметра круга для всего пе-
риода его стойкости. По точкам пересечения этой пря-
мой с зависимостями >S^.g=f(Vg) построим новую (см.
рис. 33) зависимость = . Эта эксперименталь-
Рис. 33. Зависимость действительной скорости съе-
ма припуска от размера диаметра круга в период
его стойкости при постоянной упругой деформации
технологической системы (<эу,д в 0,135 -const)
ная кривая I будет иметь сложную форму. Программирую-
щее устройство, которое осуществляло бы непрерывное
изменение V? от размера диаметра круга по зависимо-
сти, выраженной этой кривой, выполнить было бы очень
трудно. Для упрощения конструкции автоматического
программирующего устройства (автоматического регуля-
тора поперечной подачи) целесообразно принять линей-
ную зависимость. Эта зависимость с достаточной для
практики точностью выражается прямой линией 2.
98
Преимущества самоизменяющегося автоматического
регулирования скорости съема припуска в соответствии
с размером диаметра круга за период стойкости видны
на рис. 32,6.
Для примера на рис. 34 приведен типовой график
самоизменяющейся программы регулирования процесса
шлифования желобов наружных колец 312 в зависимости
Рис. 34. Самоизменяющаяся программа
99
Полная программа регулирования шлифования жело-
бов колец состоит из трех участков цикла шлифования.
На первом участке цикла обеспечивается высокая произ-
водительность шлифовальной операции за счет быстрого
подвода и врезания круга в металл изделия с большой
скоростью поперечной подачи:
= (8,0*12) мм/мин.
При соприкосновении шлифовального круга с изделием
возрастает ток двигателя круга, что приводит к сраба-
тыванию реле максимального тока в цепи статора элек-
тродвигателя. Токовое реле, в свою очередь, дает ко-
манду на окончание режима врезания (конец съема на-
чального припуска ) и начало второго участка
цикла по программе
V9*f(S> .
Эффективность регулирования процесса шлифования по
скорости съема припуска с учетом износа круга по фор-
муле ...
Vg * I *0.4 ,
где а0- смещение нуля датчика круга;
Уу.нац- действительная скорость съема припуска при
начальном диаметре круга. Эта скорость достигается
только на втором участке цикла (то есть применяется
для грубого шлифования). На этом участке удаляется
большая часть припуска и обеспечивается высокая про-
изводительность шлифовальной операции. На третьем
участке цикла SyiK0H (чистовое шлифование) действи-
тельная скорость съема припуска уменьшается по линей-
ной зависимости от У9я@~(101У'д.нач'Ю Уд.мн* Действи-
тельная конечная скорость съема припуска ( ) оп-
ределяется в соответствии с техническими условиями на
изделие, то есть на ней должны отсутствовать ожоги и
обеспечиваться заданная шероховатость и некруглость
формы.
100
Практикой установлено, что линейная величина
припуска на третьей участке цикла, на котором проис-
ходит непрерывное снижение скорости съема припуска по
линейной зависимости, должна быть
Ч.кон = 0,05 ““ при 1»°*
По мере износа круга величина припуска уменьшается
пропорционально диаметру круга. Размерный коэффициент
OL^ характеризующий изменение скорости съема припуска
в функции последнего, на этом участке цикла будет
иметь следующее значение:
- Vj.HM ;
где VaHa4- скорость съема припуска при (Г=1,0;
- скорость съема припуска в конце третьего
9 участка;
Шч.ны- линейный припуск в начале третьего участка
при d',=I*0.
На рис. 34 приведен график программы самризменя-
ющейся скорости действительного съема припуска в функ
ции припуска и размера круга
V9 = 6 (S, <Г)
и соответствующая ей зависимость съема припуска в
функции времени и размера круга
для двух предельных размеров диаметра круга (£= 1,0
(кривая Н) и' = °*6 (кривая М). Программа съема
припуска по времени построена путем пересчета (интег-
рирования) исходной программы Программа
Ssfjt,£) задается в виде трех участков. На первом
участке происходит врезание круга в изделие и законо-
мерность его задается по экспоненте.
На втором участке цикла программа задается в ви-
де прямой линии.
101
На третьей участке цикла съем припуска по време-
ни задается экспонентой.
При бесцентровом шлифовании на жестких опорах
желобов наружных колец 208, на полуавтомате ЛЗ-8А.
при постоянном режиме ( 1^=45 м/сек; =82 м/мин;
^черн =1’2 ““/““и* *чист =°*6 Ю4/иин; ^Выхаж =4 сек>
кругом на вулканитовой связке ЭБ12СТВ, размером
48x11x10 мм, который изнашивается до 34 мм (^=0;7),
установлено, что за период его стойкости время цикла
шлифования систематически увеличивается на 50-55%.
Поэтому можно рекомендовать систему автоматического
регулирования действительной скорости съема припуска
с учетом размера диаметра круга в пределах его стой-
кости. Для существующего оборудования может быть ре-
комендован опытный образец (модель СП-5) автоматичес-
кого регулятора поперечной подачи кафедры "Автомати-
зированного электропривода" Куйбышевского политехни-
ческого института. Блок-схема этого регулятора приве-
дена на рис. 35,а. Программирующее устройство (ПУ)
формирует и задает на вхс,7 системы регулирования про-
грамму изменения припуска во времени (то есть ско-
рость съема припуска; с учетом изменения размера кру-
га за период его стойкости S: в виде сигнала
напряжения.
Для осуществления формирования программы попе-
речной подачи на вход программирующего устройства
применяются следующие сигналы:
а) пропорциональный текущему значению припуска с
индуктивного датчика (ИД) измерения припуска;
б) пропорциональный текущему размеру диаметра
круга (ДК) с датчика.
Датчик измерения диаметра круга выполнен в виде
сельсина, связанного посредством редуктора с попереч-
ным суппортом станка.
102
Заданный с помощью ПУ припуск ^зад непрерывно
сравнивается с фактическим припуском S изделия, а их
разность (ошибка регулирования) подается на вход уси-
лителя ошибки (УО). Усиленный сигнал ошибки поступает
на вход системы электропривода, включающей электро-
магнитный усилитель (ЭМУ) и исполнительный двигатель
подачи (ДП).,
а
Рис. 35. Автоматическое ре-
гулирование с самоизменяющей-
ся программой скорости съе-
ма припуска с учетом износа
круга за время его стойкости:
а - блок-схема системы авто-
матического регулирования;
б - график съема припуска
(I - заданная программа;
2 - действительный съем при-
пуска)
ДП через механизм поперечной подачи (МПП) осу-
ществляет подачу шлифовального круга к изделию. Глав-
ная отрицательная обратная связь осуществляется через
звено СПИД по фактическому припуску, измеряемому ИД.
ЮЗ
Экспериментальные исследования автоматического
регулирования скорости съема припуска в зависимости
от размера шлифовального круга за период его стойко-
сти проведены на полуавтомате ЛЗ-5М при шлифовании
желобов наружных колец 214,
Режим шлифования
Скорость шлифующего круга постоянная Л ,
об/мин II200
Скорость изделия , м/мин 100
Число двойных качаний бабки изделия
в минуту 30
Шлифование желобов колец производилось с разными
программами регулирования. На основании эксперимен-
тальных данных установлёно, что процесс шлифования
протекает в соответствии с широким диапазоном задан-
ной программы (1£ нач =0,75*2,5 мм/мин; ^=1,0т0,6).
Производительность увеличивается приблизительно на
30% сравнительно с циклом шлифования по нормативам, а
по сравнению с программой постоянной скорости съема
припуска F£ = она увеличивается на 10-12% за
счет более полного использования круга. Для шлифова-
ния желоба наружного кольца 214 рекомендуется опти-
мальный режим:
?.нач =1«5*2»0 >“/>«»; кон =0,15*0,20 мм/мин.
у Результаты обработки* осциллограммы, снятой при
шлифовании желоба наружного кольца 214 с регулирова-
нием по самоизменяющейся программе У. нач =1,5 мм/мин;
кон 80,2 им/мин» 0'=О,8б, приведены на рис. 35.
Аналогичные результаты получены по самоизменяющейся
программе = с другими заданными цифровыми
значениями.
104
НЕКОТОРЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ БЕСЦЕНТРОВОГО
ШЛИФОВАНИЯ НА ЖЕСТКИХ ОПОРАХ
Измерение изделий в системах активного конт-
роля при шлифовании на жестких опорах
В лаборатории активного контроля ВНИППа проведен
анализ одно-, двух- и трехконтактных измерительных
схем, применяемых в системах активного контроля. Вве-
дено понятие коэффициента передачи измерительной схе-
мы, получены его значения и расчетные формулы для
различных конструктивных решений.
Проведен анализ погрешностей одно- и двухконтак-
тных схем измерения диаметра наружных и внутренних
поверхностей колец подшипников при шлифовании на
жестких опорах, на основании которого сделаны следую-
щие выводы.
При шлифовании дорожек качения наружных колец и
посадочных отверстий внутренних колец на жестких опо-
рах одноконтактный метод измерения рекомендуется при
условии расположения измерительного наконечника на
перпендикуляре к биссектрисе опорного угла Jb (рис.36).
При этом смещение измерительного наконечника относи-
тельно диаметральной линии измерения в момент шлифо-
вания посадочных отверстий не должно превышать 0,02£
(£- радиус отверстия). При шлифовании дорожки каче-
ния внутренних колец подшипников на жестких опорах с
применением одноконтактного измерительного устройства
целесообразно совмещение направления измерения с на-
105
правлением нулевой деформации изделия, которое может
быть принято под углом от 40 до 50° к направлению
действия радиальной силы шлифования»
Применение двухконтактных схем измерения при
шлифовании на жестких опорах рекомендуется в том слу-
чае, когда точность одноконтактного метода недоста-
точна, чаше всего из-за высокого уровня вибраций.
Рис. 36. Схема расположения
измерительного наконечника
при шлифовании колец не
жестких опорах
При шлифовании на жестких опорах желобов внут-
ренних колец с базовой шлифуемой поверхностью команда
на окончание шлифования подается тогда, когда размер
диаметра шлифуемой поверхности равен диаметру эталон-
ного кольца, по которому производилась настройка. По-
грешность схемы измерения в этом случае равна нулю.
Синтетические материалы для армирования
жестких опор
Применяющиеся для армирования твердые сплавы
BKI5, ВК8, ВК6 и другие оставляют следы трения-износа
(наката) на поверхности контакта изделия с опорами.
106
Характер этого следа варьирует и зависит от условий
наладки и работы на шлифовальном станке, а также от
предварительной обработки контактирующей поверхности
«естких опор.
При шлифовании колец средних размеров для клас-
сных подшипников из стали ШХ15 и тщательной приработ-
ки профиля твердосплавных опор к базовой поверхности
изделия, критерием оценки следов наката служит отсут-
ствие мест травления. На основании этого устанавлива-
ются производственные эталоны для контроля.
Возникла необходимость изыскания новых материа-
лов для армирования жестких опор, не оставляющих на
изделии следов трения и износа. Должны учитываться
также требования по облегчению эксплуатации станков и
пригодности указанных материалов к шлифованию на
жестких опорах колец для крупногабаритных подшипников
и колец из более вязких сталей.
С этой целью в отделе шлифовально-доводочных ра-
бот ВНИППа проведены сравнительные исследования таких
синтетических материалов, как фторопласт-4, поликап-
ролактам, капрон с графитом АТМ-2, минералокерамика
ЦМ-332, капролон, стекловолокнит.
Исследования износостойкости материалов для ар-
мирования жестких опор и следов трения-износа базовой
поверхности изделия проводились на специальном стенде
(рис. 37), который смонтирован на базе бабки изделия
станка I для шлифования желобов наружных колец шари-
коподшипников, электромагнита с ведущей планшайбой и
блоком жестких опор 2, расположенных под углами
об =60°; j3=I20°; /“=0°. Смещение центра вращения
кольца относительно центра вращения ведущей планшайбы
дуй Д2 не превышало 0,3 мм.
107
Скорость вращения изделия (кольца) У* =220 м/мин.
Охлаждающая жидкость - эмульсия. Тяговое усилие, раз-
виваемое планшайбой, равно 12 кГ. Размер синтетичес-
ких пластин, мм: длина 25, ширина 14, толщина 8-10.
Испытание каждого материала проводилось при трех наг-
ружениях на изделие (кольцо) через специальный ро-
лик 4, имитирующий шлифующий круг. Нагружение ролика
производилось посредством тарированного камертонного
динамометра 5 с усилиями
Рт = 8 кГ; Р2 = 15 кГ; Рд = 25 кГ.
Рис» 37. Стенд для испытания материала жестких
опор на износ
Износ каждой пластинки при каждом нагружении измерял-
ся с помощью индикаторов 3 по истечении четырех пери-
одов времени:
tj =1 ч; f2 ч» =25 ч; = 36 ч.
108
При каждом нагружении после цикла испытаний проводи**
лось исследование микроструктуры базовой поверхности
изделия (кольца) и травление.
Лучшие результаты по износостойкости показали
капрон с графитом АТМ-2 и капролон. Эти материалы на
5азовой поверхности кольца не оставляют следов тре-
ния-износа, не вызывают изменений микроструктуры по-
верхностного слоя и шероховатости поверхности. Не из-
меняется и шероховатость армированных пластин жестких
опор.
Капролон и капрон с графитом АТМ-2 не требуют
дополнительной приработки в процессе эксплуатации,
имеют удовлетворительную стойкость и рекомендуются
для армирования жестких опор при шлифовании изделий
(колец), к которым предъявляются высокие требования
по качеству базовой поверхности.
Капролон является высокопрочным износостойким матери-
алом, имеющим удовлетворительные антифрикционные
свойства (твердость НВ 20-26). При удельном давлении
10-20 кГ/см^ и скорости скольжения по стали
0,5-1,0 м/сек, коэффициент трения составляет
0,07-0,08 при смазке и 0,2-0,23 при сухом трении.
Скорость скольжения оказывает на износ большое влия-
ние, чем давление.
Капрон с графитом АТМ-2 имеет следующие механические
свойства:
Предел прочности при сжатии, кГ/см 1100—ИЗО
Твердость, НВ 23,0-26,8
Водопоглощение за 24 ч, % 0,25
Теплостойкость по Мартенсу бб
Коэффициент сухого трения (в зависимости
от условий) 0,02-0,3
Коэффициент трения о сталь 0,05-0,07
109
В ГДР институт подшипников качения и скольжения
(ИВГ) сконструировал, а станкостроительный завод ВКФ
изготовил и совместно с институтом провел с положи**
тельными результатами испытание станка оригинальной
конструкции. Станок предназначен для бесцентрового
шлифования на жестких опорах наружных колец диаметром
от 400 до 1000 мм с приводом от электромагнита план-
шайбой.
Рис. 38. Конструкции жестких
опор:
а - электромагнитная катушка
(I - обмотка; 2 - каркас ка-
тушки; 3 г прокладка из прес-
шпана 6=2 мм); б - опоры,
армированные синтетическим
материалом; в - опоры, ар-
мированные твердосплавными
пластинами
Электромагнит имеет невращающуюся электрокатушку
диаметром 600 мм, весом 30 кГ (рис. 38,а), собранную
из немагнитного материала. Число витков катушки
АГ =1000; провод медный диаметром 1,8 мм; обмоточное
ПО
сопротивление В =9 ом; напряжение 7=60 в; ампер-вит-
ков 6600. Планшайба отлита из стали и имеет ребрис-
тую конструкцию. На немагнитных кронштейнах станины
станка закрепляются жесткие опоры, которые могут пе-
ремещаться в радиальном направлении. Опоры имеют фор-
му тормозных колодок, контактирующая поверхность ко-
торых армируется синтетическим материалом, состоящим
из 5 весовых частей смолы-отвердителя (ИКК 19 - ГДР),
I весовой части порошка твердого сплава и 1%(по весу)
молибденового дисульфата.
Все компоненты хорошо перемешиваются. Этой сме-
сью жесткие опоры армируются на рабочем месте по эта-
лонному кольцу. После 12-20 ч масса застывает и на ра-
бочей поверхности опор против штуцера, подводящего
масло, сверлят отверстия. Затем прорезают зигзагооб-
разную ломаную линию без выхода за пределы контура
рабочей поверхности жестких опор (рис. 38,6). Распо-
ложение жестких опор характеризуется углами «6=0°,
=105° и /"=75°.
Японская фирма НСК выпускает более 100 млн.под-
шипников в год всех типоразмеров и в широком диапазо-
не - от миниатюрных до крупногабаритных диаметром
2000 мм.
Шлифование колец как для шарикоподшипников, так
и для роликоподшипников производится преимущественно
на жестких опорах. При шлифовании дорожек качения
внутренних колец шарикоподшипников и роликоподшипни-
ков базирование осуществляется на указанных опорах по
шлифуемой дорожке качения. Шлифование посадочных от-
верстий производится на внутришлифовальных станках с
базированием на жестких опорах по шлифованной дорожке
качения. Степень автоматизации круглошлифовальных
станков, достаточно высока, так как позволяет одному
оператору и одному наладчику обслуживать восемь стан-
ков.
III
Заслуживает внимания одновременное врезное (по-
перечная подача) шлифование двух дорожек качения
внутренних колец двухрядных сферических роликоподшип-
ников. Кольца базируются по среднему бортику на жест-
ких опорах. Привод изделия осуществляется электромаг-
нитной планшайбой, к которой кольцо прижимается тор-
цом (рис. 39). На эту операцию для кольца диаметром
посадочного отверстия 160 мм затрачивается около
30 сек. ,
з J
Рис. 39. Схема бесцентрового шли-
фования на жестких опорах дорожек
качения колец двухрядных ролико-
подшипников:
I - жесткие опоры из бронзу
2 - шпиндель с двумя шлифующими
кругами; 3 - электромагнитный
привод
Затем при таком же базировании на жестких опорах
с электромагнитным приводом изделия поочередно шли-
фуются бортики (кольцо перестанавливается). Наружные
кольца сферических роликоподшипников также шлифуются
с базированием на жестких опорах по наружной цилинд-
рической поверхности.
112
В производственном цехе имеются комплекты жест-
ких опор для всех размеров колец. Для нормального
размера жесткие опоры армируются пластинами из брон-
зы, а для тяжелых колец - пластинами из твердого
сплава с двухрядными вставками (рис. 38,в), по четыре
в каждом ряду.
Фирма "Кое Сейко" имеет несколько подшипниковых
заводов, на которых изготовляются различные типы под-
шипников диаметром от 1,8 до 4000 мм. Все заводы этой
фирмы выпускают около 100 млн. подшипников в год. И
каждый третий подшипник идет на экспорт. Никакого
различия в производстве подшипников для экспорта и
потребления внутри страны нет.
Заводы имеют большую степень автоматизации. Не-
которые из них полностью автоматизированы. Операции
шлифования колец ведутся преимущественно бесцентро-
вым методом с широким использованием жестких опор
как для шарикоподшипников, так и для цилиндрических,
конических и сферических роликоподшипников. Благодаря
этому подшипники массового производства имеют точ-
ность классов В и А. Метод врезного шлифования (попе-
речная подача) имеет широкое применение.
Шведская станкостроительная фирма УВД (Ульвасун-
да Веркстадер Актиенболаг) [ 2б_7 выпускает автоматы
для шлифования колец на жестких опорах. На этих авто-
матах достигаются большая производительность и высо-
кая точность (см. каталог фирмы). Например, автомат
модели 755IC2B с наладкой на шлифование желобов на-
ружных колец 203:
Диапазон обрабатываемых колец, мм от 15 до 80
Припуск на диаметр, мм 0,3
Часовая производительность, шт. 240
Допуск на размер, мкм 8
ИЗ
Овальность желоба, мкм 2
Эксцентричность желоба, мкм 2
Размер измеряется пневматическим прибором.
Эта фирма выпускает также автоматы для бесцент-
рового шлифования на жестких опорах отверстий внут-
ренних колец диаметром до 120 мм и полуавтоматы для
шлифования отверстий диаметром от 60 до 254 мм. На-
пример, модель 755IC2H с наладкой на шлифование по-
садочных отверстий внутренних колец 204:
Часовая производительность, шт. 280
Припуск на диаметр, мм 0,3
Овальность, мм 0,001
Эксцентрицитет, мм 0,002
Итальянская фирма "Братья Новорезе" поставляет
автоматы для бесцентрового шлифования на жестких опо-
рах дорожек качения и посадочных отверстий внутренних
колец, а также дорожек качения наружных колец. Авто-
маты обеспечивают высокую производительность при
съеме припуска на диаметр (0,2-0,3 мм), точность раз-
мера желоба (2 мкм) и отверстия, равную 4 мкм (ката-
ложные данные). Оснастка автоматов обеспечивает вза-
имозаменяемость при переналадке одного типа кольца
другим.
ВЫВОДЫ
I. Для шлифования закаленных-деталей подшипников
качения методы бесцентрового шлифования являются про-
грессивными и перспективными. Они дают возможность
обеспечивать высокую точность размеров и формы изде-
лий, а также высокую степень автоматизации как отдель-
ных станков, так и автоматических линий.
2. Процесс бесцентрового шлифования колец на же-
стких опорах является прогрессивным и перспективным
для всех классных и специальных прецизионных подшип-
ников в широком диапазоне размеров. Бго необходимо
широко применять в производстве.
114
ЛИТЕРАТУРА
I. Мерперт М.Г., Рейбах Ю.и. Методы шлифования
колец высокой точности в массовом производстве.
"Станки и инструмент", I960, te 4.
2. Гохват Л.Я. Исследование процесса шлифования
торцов внутренних колец роликоподшипников на двухсто-
ронних торцешлифовальных станках. "Труды семинара по
вопросам прогрессивных методов шлифования и доводки
деталей подшипников качения". М., ВНИПП, 1964.
8. Болонова Е.В. Высокопроизводительный процесс
шлифования выпуклой поверхности цилиндрических роли-
ков. "Труды семинара по вопросам прогрессивных мето-
дов шлифования и доводки деталей подшипников качения1!
М., ВНИПП, 1964.
4. Лурье Г.Б. К вопросу исправления исходных
погрешностей при круглом шлифовании. Сб. "Точность
изготовления подшипников". М., изд-во "Наука", 1965.
5. Филькин В.П. Теоретическое и эксперименталь-
ное исследование процесса образования размеров и фор-
мы в поперечном сечении изделий при бесцентровом на-
ружном шлифовании. Моск, технол. ин-т, 1963.
6. Филькин В.П. Анализ формообразования деталей
при бесцентровом шлифовании. "Труды семинара по точ-
ности машиностроения и приборостроения". М., изд-во
"Высшая школа", вып. 12, 1957.
115
7. Романов В.Л. I. Динамическая теория формооб-
разования при бесцентровом шлифовании. 2. Влияние ди-
намических свойств бесцентрово-шлифовального станка
на процесс формообразования. Семинар по точности в
машиностроении и приборостроении. ’’Труды Института
машиноведения", вып. 19, 1965.
8. Романов В.Л. Геометрические и динамические
явления при бесцентровом шлифовании. "Станки и инст-
румент", 1965, № I.
9. Комаров В.В. Вероятностный метод определения
момента подналадки при бесцентровом наружном шлифова-
нии за проход и анализ точности обработки по данному
методу. "Изв. высш. учеб, завед., разд. Машинострое-
ние" М., 1967, № 3.
10. Венцель Е.С. Теория вероятности. М., изд-во
"Наука", I960.
II. Пугачев В.С. Теория случайных функций. М.,
"Физматгиз", 1961.
12. Свешников А.А. Прикладные методы теории слу-
чайных функций. Л., "Судпромгиз", 1961.
13. Веселова И.М. Расчет точности получения раз-
мера при шлифовании в условиях автоматического произ-
водства. Сб. "Основные направления и перспективы раз-
вития технологии приборостроения". М., ОНТИприбор,
1964.
14. Веселова И.М. Теория расчета автоматизиро-
ванного производства. "Труды семинара по вопросам
прогрессивных методов шлифования и доводки деталей
подшипников качения". М., ВНИПП, 1964.
15. Гентцен и Мельхорн. Бесцентровое шлифование
изделий на жестких опорах-башмаках. Жур. "Fezttyany
StechnikunctBetzieS \ 1965, № 9, A28I9. Перевод
ВНИППа 218-67.
116
16. Кузнецов И.П. Прогрессивные методы бесцент-
рового шлифования на жестких опорах колец подшипников
крупносерийного и массового производства. "Труды се-
минара по вопросам прогрессивных методов шлифования и
доводки деталей подшипников качения”. М., ВНИПП, 1964.
17. Колтунов И.Б. Теоретическое исследование
процесса формообразования при бесцентровом круглом
шлифовании подшипниковых колец на жестких опорах.
"Труды института" (ВНИПП), № 3(43),1965.
18. Колтунов И.Б. Исследование процесса наруж-
ного бесцентрового шлифования изделий с базированием
на жестких опорах. Автореферат диссертации на соиска-
ние ученой степени кандидата технических наук. М.,
МАМИ, 1966.
19. Колтунов И.Б., Филькин В.П. Оптимальные на-
ладочные параметры бесцентрового шлифования на жест-
ких опорах. Об. ГОСИНТИ 2-66-I02/I8. М., 1966.
20. Сухарев В.М. Особенности шлифования радиус-
ных желобов колец шарикоподшипников на жестких опорах
методом качания. "Станки и инструмент", 19£7, № 6.
21. Кузнецов И.П. Методы бесцентрового шлифова-
ния колец подшипников, обеспечивающие высокую точ-
ность. "Труды института" (ВНИПП), № 3(31), I96Z.
22. Брозголь И.М. Повышение точности метода
бесцентрового шлифования на жестких опорах. "Труды
семинара по вопросам прогрессивных методов шлифования
и доводки деталей подшипников качения". М., ВНИПП,
1964.
23. Глейзер Л.А. О сущности процесса шлифования.
Автореферат диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук. М., Станкин, 1955.
24. Тимофеев И.И. К расчету усилий при шлифова-
нии^ "Изв.высш.учеб.завед., разд.Машиностроение", М.,
*25. Елисеев в.А. Следящая подача внутришлифо-
вального станка, учитывающая жесткость станка и износ
шлифовального круга. Автореферат диссертации на соис-
кание ученой степени кандидата технических наук. М.,
МЭИ, 1959. ,
,, 26. Предложение шведской фирмы п ЦУЙ Uevsunaa
Wezk-StacLex. ЙВ ". Перевод ВНИППа 165-65.
II?
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Введение .......................................... 3
Шлифование плоских поверхностей (торцов колец) 7
Бесцентровое шлифование внешних поверхностей
тел вращения ..................................... 10
Бесцентровое шлифование на жестких опорах
внешних поверхностей тел вращения (дорожек ка-
чения внутренних колец) .......................... 51
Бесцентровое шлифование на жестких опорах
внутренних поверхностей тел вращения (отвер-
стий колец) ..................................... 71
Технология бесцентрового шлифования на жестких
опорах и доводки колец прецизионных подшипни-
ков .............................................. 80
Оптимизация основных технологических парамет-
ров при шлифовании отверстий (желобов наружных
колец) за период стойкости шлифовального круга 86
Некоторые технические, проблемы бесцентрового
шлифования на жестких опорах .................... 105
Выводы........................................ II4
Литература....................................... 115