УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСЦЕНТРОВОГО ШЛИФОВАНИЯ ШАРИКОВ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к производству подшипников, и может быть использована для бесцентрового шлифования шариков, в частности пустотелых.
В настоящее время для обработки шариков в серийном производстве предлагается большое количество различных способов и устройств. Так, например, способ бесцентрового шлифования шариков на проход с их угловым разворотом [1], при котором шарики размещают в технологическом устройстве на скошенном опорном ноже и перемещают посредством винтовой канавки ведущего круга с винтовой канавкой вдоль образующей шлифовального круга, который выполнен с разрядными кольцевыми канавками на рабочей поверхности, при этом ширину В каждой из канавок выбирают по формуле
где r - радиус обрабатываемого шарика;
γ - угол шагового разворота шарика.
Во время контакта шарика со шлифовальным кругом мгновенная ось вращения шарика не меняет своего углового положения в пространстве в силу установившегося динамического равновесия при резании, т.е. углового разворота шарика не происходит. Во время же прохождения шариком зоны разрядных кольцевых канавок шлифовального круга шириной В, он освобождается от действия на него сил резания, а это приводит к потере установившегося динамического равновесия шарика. В этом случае превалирует фрикционное сцепление шарика с поверхностью винтовой канавки ведущего круга, что в сочетании с действием на шарик скошенной рабочей поверхности опорного ножа сообщает шарику заданный разворот на угол γ (путем скольжения шарика по опорному ножу). Чередование на рабочей поверхности шлифовального круга кольцевых шлифующих участков с кольцевыми канавками, позволяющими производить разворот шарика в зоне обработки, гарантированно обеспечивает обработку шарика за один проход в рабочей зоне путем наложения на его поверхность последовательно - одной за другой - кольцевых лысок с некоторым нахлестом, исключающим пропуски необработанной поверхности. На качество обработки поверхности сферы влияют величина угла шагового разворота шарика (γ), уменьшение значения которого способствует получению поверхности сферы с меньшей величиной шероховатости. Данные способ и устройство позволяют повысить производительность путем обеспечения обработки поверхности шариков за один проход, но имеет следующие недостатки:
невысокое качество обработанной поверхности шарика, что ограничивает его применение только предварительным шлифованием;
резкий вход шарика (по нормали), после прохождения кольцевой разрядной канавки, в зону действия кольцевого шлифующего участка, что приводит к выкрашиванию кромок канавок и требует частой правки шлифовального круга.
Известен способ бесцентрового шлифования шариков на проход с их угловым разворотом [2] (прототип), при котором шарики размещают в технологическом устройстве на скошенном опорном ноже и перемещают посредством винтовой канавки ведущего круга вдоль образующей шлифовального круга, который выполнен с разрядными винтовыми канавками на рабочей поверхности, при этом ширину В каждой из канавок выбирают по формуле
где r - радиус заготовки шарика;
t - глубина резания.
Ширина разрядной винтовой канавки В на шлифовальном круге выбрана исходя из возможности обеспечения проворота шарика в момент потери его контакта со шлифующей поверхностью. Отличием этого способа (прототипа) от предыдущего является выполнение на шлифовальном круге винтовых V-образных разрядных канавок вместо кольцевых.
Данный способ позволяет устранить недостаток аналога - повысить производительность путем обеспечения обработки поверхности шариков за один проход и качество обработанной поверхности сферы, но имеет существенный недостаток - крайне сложная реализация этого способа, т.к. резьбовая канавка на ведущем круге может быть выполнена только на специализированном оборудовании, имеющем такую техническую возможность. У станков бесцентрово-шлифовальной группы такая возможность отсутствует. После того, как ведущий круг с выполненной на нем винтовой канавкой будет установлен на бесцентрово-шлифовальный станок, у винтовой канавки появится биение относительно оси шпинделя. Чтобы устранить биение, необходимо боковые поверхности винтовой канавки править «по месту» на бесцентрово-шлифовальном станке, а у станков этой группы такой возможности нет. Поэтому точность формы обработанных шариков будет невысокой, т.е. этот способ можно использовать только для черновой обработки.
Кроме того, при размещении сферической заготовки в канавке ведущего круга, имеющей призматический профиль, возникает погрешность базирования по операционному размеру, в качестве которого выступает диаметр шарика. Величину этой погрешности базирования можно определить по формуле:
З
где D - диаметр заготовки шара;
d - диаметр готового шара;
B
D - диаметр ведущего круга;
h - величина превышения центра обработанного шара над плоскостью, в которой расположены оси ведущего и шлифовального кругов при начальной наладке;
α - угол скоса опорного ножа.
Техническая проблема предлагаемого технического решения вытекает из недостатков прототипа и заключается в необходимости повышения точности и качества обрабатываемой сферической поверхности без снижения производительности и повышения трудоемкости ее обработки.
Поставленная проблема решается следующим образом.
На ведущем круге выполнена винтовая транспортирующая канавка трапецеидального профиля вместо V-образных винтовых (существенное отличие). При этом прямолинейную образующую дна канавки располагают параллельно оси ведущего круга.
Предложенное устройство поясняется иллюстрациями. На фиг. 1 представлен главный вид - схема рабочей зоны устройства; на фиг. 2 - разрез А-А главного вида устройства.
Устройство для бесцентрового шлифования шариков содержит шлифовальный круг 1 с выполненной на его рабочей поверхности винтовой разрядной канавкой 2, абразивный ведущий круг 3, с выполненной на его рабочей поверхности винтовой транспортирующей канавкой 4 и скошенный опорный нож 5, на котором размещают обрабатываемые шарики 6. При этом шарики 6 размещают на опорном ноже с возможностью перемещения посредством винтовой транспортирующей канавки 4 ведущего круга 3 вдоль образующей шлифовального круга 1, на которой выполняют разрядную винтовую канавку. Ведущий круг 3 выполняют с транспортирующей винтовой канавкой трапецеидального профиля, дно которой выполняют в виде образующей прямолинейной формы, параллельной оси ведущего круга.
Устройство работает следующим образом.
Шарик 6, опираясь на скошенный нож и прямолинейное дно трапецеидальной канавки, получает вращение от ведущего круга 3 в сторону, противоположную вращению шлифовального круга 1. Винтовая трапецеидальная канавка 4 ведущего круга 3 перемещает вращающиеся шарики 6 по поверхности шлифующих участков 7 шлифовального круга 1 вдоль оси его вращения. При прохождении обрабатываемым шариком 6 зоны винтовой канавки 2, выполненной на рабочей поверхности шлифовального круга 1, происходит прерывание контакта шарика 6 со шлифующими участками 7. Шарик 6 освобождается от действия на него сил резания, и в этот момент происходит изменение динамического состояния технологической системы: шарик-ведущий круг-шлифовальный круг-опорный нож, в результате чего шарик меняет свою ориентацию в пространстве. Вследствие этого происходит мгновенный разворот шарика на некоторый угол, величина которого зависит от многих как систематических, так и случайных факторов: времени прерывания контакта, шероховатости поверхностей обрабатываемой заготовки и опорного ножа, частоты вращения ведущего и шлифовального кругов, обрабатываемой заготовки, неравномерности распределения припуска по поверхности сферы, твердости материала шарика, коэффициентов трения контактных поверхностей и др. После прохождения шариком зоны винтовой канавки на шлифовальном круге он снова вступает в контакт со следующим шлифующим участком 7, что опять приводит к появлению натяга в технологической системе, изменению ее динамического состояния и развороту шарика, но уже под действием сил резания.
Существенное отличие предлагаемого устройства от прототипа - в изменении конструкции ведущего круга. Выполнение винтовой канавки трапецеидального профиля на ведущем круге позволяет выполнять правку несущей части ведущего круга непосредственно на бесцентрово-шлифовальном станке и устранить, тем самым, биение ведущего круга. Для реализации правки ведущего круга не требуется дополнительного резьбонарезного устройства, что значительно упрощает и удешевляет эту операцию.
При этом значительно уменьшается погрешность базирования сферической заготовки, поскольку она устанавливается не в призматической канавке ведущего круга, а на ее прямолинейном дне, что приводит к повышению точности и уменьшению разноразмерное™ обработанных шариков.
-1
-1
Пример реализации устройства. Для реализации заявляемого устройства был использован серийный бесцентрово-шлифовальный станок мод. SASL 200×500. Модернизации подвергся ведущий круг. На ведущем круге, имеющем высоту 500 мм, была выполнена винтовая канавка трапецеидального профиля для перемещения обрабатываемых шариков в зоне обработки. На шлифовальном круге, также имеющем высоту 500 мм, была выполнена разрядная винтовая канавка шириной 3 мм с шагом 9 мм. Экспериментальная обработка выполнялась на партии дюймовых шариков из 50 штук, изготовленных из материала ШХ15-В по ГОСТ 800-78 и термически обработанных до получения твердости 62…66 HRC по шкале Роквелла. Наружный диаметр заготовки шарика до обработки составлял 25,8±0,15 мм; отклонение от круглости - до 0,25 мм; шероховатость Rz 20-25 мкм. Частота вращения шлифовального круга была постоянной и составляла 900 мин, частота вращения ведущего круга варьировалась - от 50 до 70 мин, время обработки шарика за один проход составило ≈ 1 сек.
В результате обработки шарик имел диаметр 25,4±0,02 мм с отклонением от круглости 0,006 мм; шероховатость сферической поверхности Ra 0,6-0,65 мкм.
Литература
1. А.с. СССР №1537480 кл. В24В 11/02, 1989 г. Способ бесцентрового шлифования шариков. Васин А.Н., Гундорин В.Д., Новиков В.И. Опубл. 23.01.90. Бюл. №3.
2. Патент №2415004. Способ бесцентрового шлифования шариков / Васин А.Н., Бочкарев П.Ю., Бочкарев А.П.