ШЛИФОВАЛЬНЫЙ КРУГ

Полезная модель относится к области механической обработки, а именно к высокоскоростной обработке хрупких неметаллических материалов (неорганического стекла, керамики, полупроводниковых материалов и других) торцовыми шлифовальными кругами.
Известен шлифовальный круг, состоящий из монолитного корпуса, на котором в кольце эластично установлены шлифовальные сегменты, образующие прерывистый слой, отличающийся тем, что кольцо выполнено сборным и эластично установлено на корпусе, причем шлифовальные сегменты закреплены на опорах, образующих с кольцом подвижное соединение, в зазоре которого установлены эластичные прокладки. [1]
Недостатком конструкции известного шлифовального круга является то, что эластичная прокладка, являясь элементом крепления сегментной рабочей части инструмента, в процессе шлифования контактирует с обрабатываемой поверхностью. Результатом этого является дополнительный нагрев и термоизоляция зоны шлифования, вызывающая локальный перегрев контактирующих поверхностей обрабатываемой заготовки и инструмента. Заполнение материалом эластичной прокладки пространства между шлифовальными сегментами ухудшает условия охлаждения и смазки в зоне шлифования и затрудняет выход из нее продуктов обработки. Кроме того, в шлифовальном круге такой конструкции материал эластичной прокладки может иметь лишь ограниченную эластичность также и потому, что должен обладать необходимой жесткостью и прочностью для закрепления шлифовальных сегментов. Указанные особенности виброгасящей системы являются причиной конструктивного завышения жесткости упругого элемента, снижения эффективности амортизации и снижения качества поверхности. Ограничения по скорости шлифования являются причиной снижения производительности обработки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому решению и принятому в качестве прототипа, является шлифовальный круг, содержащий корпус тарельчатой формы с закрепленными на нем по окружности шлифовальными сегментами, образующими прерывистый режущий слой, силовой электромагнитный элемент, массивное ферромагнитное кольцо и тарельчатую пружину. Массивное ферромагнитное кольцо и расположенная на нем тарельчатая пружина присоединены к корпусу тарельчатой формы с помощью направляющих болтов через винтовые демпфирующие пружины, а по центру корпуса тарельчатой формы выполнено крепежное отверстие для шпинделя станка. [2]
Недостатком конструкции известного шлифовального круга является то, что он может применяться только на предварительных операциях, так как недостаточно гасит амплитуду вибраций, возникающих в процессе обработки, что в свою очередь ведет к ухудшению качества поверхности. Кроме этого, конструкция шлифовального круга имеет низкий коэффициент демпфирования в виду того, что упругие элементы выполнены из металла, поэтому интервал варьирования жесткостью мал и ограничен ходом пружины и нелинейностью ее упругих характеристик. Так же данный круг не позволяет проводить интенсивную обработку из-за резонансных явлений, протекающих на высоких скоростях резания.
Технический результат - повышение качества и производительности обработки хрупких неметаллических материалов шлифованием за счет обеспечения высокоскоростных режимов и значительного снижения амплитуды вибраций в зоне обработке.
Технический результат достигается тем, что в шлифовальном станоке, содержащем шпиндель, шпиндельную бабку, оправку с закрепленным на ней шлифовальным кругом, состоящим из металлического корпуса тарельчатой формы с закрепленным на нем по окружности шлифовальными сегментами, и силовой элемент, силовой элемент выполнен в виде магнитного подвеса, содержащего ротор в виде диска, являющийся ступенью оправки, и статор в виде двух электромагнитов, катушки которых выполнены с возможностью питания переменным напряжением через резонансный контур, содержащий конденсаторы с настроечной емкостью, при этом электромагниты расположены в закрепленном на шпиндельной бабке станка сборном корпусе с образованием зазора между ротором и полюсами электромагнитов, а для передачи крутящего момента со шпинделя станка на оправку в последней выполнено отверстие квадратного сечения, вдоль граней которого установлены роликовые игольчатые плоские подшипники линейного перемещения, обеспечивающие осевое перемещение оправки и установку в коническое отверстие шпинделя ответной втулки.
Задача повышения качества обработки хрупких неметаллических материалов решается за счет обеспечения допустимой амплитуды колебаний шлифовального круга в зоне обработки путем создания требуемой жесткости магнитного подвеса, которая зависит от величины воздушного зазора между ротором и полюсами электромагнитов и питающего катушки переменного напряжения. Качество поверхностного слоя хрупких материалов определяется величиной нарушенного слоя, состоящего из микронеровностей и трещиноватого слоя. Величина трещиноватого слоя зависит от нормальной составляющей силы резания и напрямую связана с величиной амплитуды осевых колебаний шлифовального круга.
Задача повышения производительности обработки хрупких неметаллических материалов решается за счет обеспечения высоких скоростей резания путем увеличения частоты вращения шлифовального круга и отсутствия резонансных режимов его работы.
Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого шлифовального круга на магнитном подвесе.
Шлифовальный круг состоит из металлического корпуса тарельчатой формы 1 с закрепленными на нем по окружности шлифовальными сегментами 2 и силового элемента, представляющего собой магнитный подвес, который включает в себя ротор 3, являющегося ступенью оправки 4, и статор в виде двух встречных электромагнитов 5, которые закреплены в сборном корпусе 6, обеспечивая необходимую величину воздушного зазора между их полюсами и ротором. Корпус 6 закреплен на шпиндельной бабке станка 7 с помощью болтов 8, в свою очередь части корпуса скреплены между собой с помощью болтов 9. В отверстие оправки 4 устанавливается ответная втулка 10. Относительное осевое перемещение оправки 4 и втулки 10 обеспечивается за счет роликовых игольчатых плоских подшипников линейного перемещения 11. Ответная втулка 10 закрепляется в шпинделе станка через коническую ступень. С помощью прижимной гайки 12 металлический корпус 1 закреплен на оправке 4. К обмоткам электромагнитов 13 подключен питаемый переменным напряжением резонансный контур с настроечными емкостями 14.
Заявленная полезная модель работает следующим образом.
Крутящий момент на оправку 4 передается за счет наличия в оправке отверстия квадратного сечения, вдоль граней которого установлены роликовые игольчатые плоские подшипники линейного перемещения 11, в это отверстие устанавливается ответная втулка 10. Ротор 3 выступает в качестве центрируемого ферромагнитного элемента и в процессе обработки под действием нормальной составляющей силы резания ротор 3 смещается вверх. При уменьшении воздушного зазора между ротором и электромагнитом индуктивность L2 верхней катушки возрастает, а индуктивность L1 нижней катушки уменьшается. В результате точка настройки электрического контура нижнего электромагнита приблизится к резонансу, а верхнего - удалится от него. Соответственно полное комплексное сопротивление нижнего электромагнита увеличится, а верхнего уменьшится. Это приведет к такому перераспределению напряжения на электрических контурах, что ток в нижнем электромагните увеличится, а в верхнем уменьшится. При соответствующей крутизне изменения тока обеспечивается формирование центрирующей силы, которая не позволяет ротору 3 отклониться в процессе обработки на заданную величину, равную допустимой величине амплитуды колебаний шлифовального круга.
Заявленная полезная модель предназначена для обработки плоских поверхностей. Удаление припуска с обрабатываемой поверхности осуществляется в результате контакта шлифовальных сегментов с обрабатываемой поверхностью при вращении и при продольной или круговой подаче заготовки в направлении перпендикулярном оси вращения шлифовального круга при приложении к нему постоянной или плавно изменяющейся статической нагрузки в направлении оси вращения.
Полезная модель особенно эффективно может использоваться при проведении предварительного и окончательного торцового шлифования плоских поверхностей хрупких материалов различной номенклатуры.
Источники информации:
1. Патент на полезную модель №12546, 16.05.1999.
2. Патент на полезную модель №111796, 01.04.2011.