СПОСОБ ШЛИФОВАНИЯ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF GRINDING (VERSIONS)

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в металлообработке при шлифовании тел вращения, преимущественно валов.
Известен способ бесцентрового шлифования напроход круглых поверхностей (Пат. №2240913, В24В 5/18, Бюл. №33. 2004 г.), при котором изделию сообщают вращение и перемещение в осевом направлении и обрабатывают вращающимся абразивным инструментом переменной абразивной способности в осевом направлении, для повышения производительности и качества обработки при последовательном выполнении стадий черновой, чистовой и отделочной обработок, определяют теплостойкость обрабатываемого материала, устанавливают максимальное значение тангенциальной составляющей силы резания при прохождении изделия в зоне шлифования, а переменную характеристику абразивного инструмента в осевом направлении задают с позиций стабилизации силовых характеристик процесса шлифования.
Признаки аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: шлифование круглых поверхностей, при котором изделию сообщают вращение и перемещение в осевом направлении и обрабатывают вращающимся абразивным инструментом переменной абразивной способности в осевом направлении.
Причины, препятствующие получению технического результата: недостаточно высокое качество поверхности, невозможность применить высокие скорость и подачу, а также завышенные припуски как черновое, так и на чистовое шлифование.
Известен способ шлифования (а.с. №1454656, В24В 5/18, Бюл. №4 1989 г.), при котором деталь устанавливают в центры, вращают от автономного привода и шлифуют одновременно двумя оппозитно расположенными кругами сначала на подачах врезания, а затем на рабочих подачах, для повышения производительности обработки, на рабочих подачах оба шлифовальных круга непрерывно перемещают на деталь с постоянной скоростью, при этом центры освобождают в направлении поперечных подач.
Признаки аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: деталь устанавливают в центры, вращают от автономного привода и шлифуют одновременно двумя оппозитно расположенными кругами, при этом центра на этапе чистового шлифования имеют возможность свободно перемещаться в направлении поперечной подачи.
Причины, препятствующие получению технического результата: недостаточно высокая производительность, и качество поверхности, невозможность применить высокие скорость и подачу, а также завышенные припуски как черновое, так и на чистовое шлифование, обусловленные тем, что на этапе врезания, когда центры зафиксированы от перемещений, одновременное шлифование двумя кругами затруднено из-за различного износа каждого из кругов, а преимущественное шлифование одним кругом приводит к ухудшению качества поверхности, что вынуждает снижать подачу либо повышать припуск на чистовое шлифование.
1
1
2
2
В качестве прототипа выбран известный способ шлифования (Пат. №2041788, В24В 5/18, Бюл. №23. 1995 г.), включающий этапы чернового и чистового шлифования, при котором деталь устанавливают в центры, имеющие возможность на этапе чистового шлифования свободно перемещаться в направлении поперечной подачи, приводят во вращение от автономного привода и шлифуют одновременно кругами с двух сторон, при этом свободное перемещение детали создают на этапах и чернового, и чистового шлифования, перед обработкой деталь устанавливают относительно линии центров шлифовальных кругов на расстояние В=2π/N, где N номер доминирующей гармонической составляющей погрешности формы, В угол между продольной осью заготовки и продольными осями шлифовальных кругов, а в процессе чернового шлифования после исправления доминирующей погрешности деталь перемещают в вертикальном направлении так, чтобы для оставшейся гармонической составляющей выполнялось условие В=2π/N, где N номер оставшейся гармонической погрешности.
1
1
2
2
Признаки аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: способ шлифования включает этапы чернового и чистового шлифования, при котором деталь устанавливают в центры, имеющие возможность на этапе чистового шлифования свободно перемещаться в направлении поперечной подачи, приводят во вращение от автономного привода и шлифуют одновременно кругами с двух сторон, при этом свободное перемещение детали создают на этапах и чернового, и чистового шлифования, перед обработкой деталь устанавливают относительно линии центров шлифовальных кругов на расстояние В=2π/N, где N номер доминирующей гармонической составляющей погрешности формы, В угол между продольной осью заготовки и продольными осями шлифовальных кругов, а в процессе чернового шлифования после исправления доминирующей погрешности деталь перемещают в вертикальном направлении так, чтобы для оставшейся гармонической составляющей выполнялось условие В=2π/N, где N номер оставшейся гармонической погрешности.
Причины, препятствующие получению технического результата: повышенные динамические нагрузки на шлифовальные круги, связанные с отклонениями геометрической формы заготовки, что снижает качество поверхности, требует увеличения припуска и снижения скорости резания, а также уменьшение износа шлифовальных кругов.
Задачей изобретения является создание способа шлифования, позволяющего повысить качество обрабатываемых поверхностей, улучшить динамические характеристики процесса шлифования, повысить стойкость инструмента, увеличить скорость резания и снизить припуск на обработку.
Технический результат в первом варианте заключается в том, что шлифовальные круги выполнены с разной зернистостью, при этом разнозернистые участки образуют на рабочей поверхности круга геометрический рисунок и взаимодействуют с заготовкой таким образом, что осуществляется непрерывный контакт крупнозернистой частью обоих кругов.
Во втором варианте технический результат заключается в том, что разнозернистые участки образуют на рабочей поверхности круга геометрический рисунок, и осуществляется контакт с разрывом крупнозернистой частью одного круга и непрерывный контакт крупнозернистой частью другого круга.
В третьем варианте технический результат заключается в том, что шлифовальные круги выполнены с разной зернистостью, при этом разнозернистые участки образуют на рабочей поверхности круга геометрический рисунок, и взаимодействуют, таким образом, с заготовкой, что осуществляется контакт с разрывом крупнозернистой частью обоих кругов.
Новым в предлагаемом изобретении является:
- шлифовальные круги выполнены с разной зернистостью, при этом разнозернистые участки образуют на рабочей поверхности круга геометрический рисунок, и взаимодействуют с заготовкой таким образом, что осуществляется непрерывный контакт крупнозернистой частью обоих кругов.
- или осуществляется контакт с разрывом крупнозернистой частью одного круга и непрерывный контакт крупнозернистой частью другого круга.
- или взаимодействуют, таким образом, что осуществляется с заготовкой контакт с разрывом крупнозернистой частью обоих кругов.
1
1
2
2
Для достижения технического результата в первом варианте способ шлифования, включает этапы чернового и чистового шлифования, при котором деталь устанавливают в центра, имеющие возможность на этапе чистового шлифования свободно перемещаться в направлении поперечной подачи, приводят во вращение от автономного привода и шлифуют одновременно кругами с двух сторон, а свободное перемещение детали создают на этапах и чернового, и чистового шлифования, при этом перед обработкой деталь устанавливают относительно линии центров шлифовальных кругов на расстояние В=2π/N, где N номер доминирующей гармонической составляющей погрешности формы, В - угол между продольной осью заготовки и продольными осями шлифовальных кругов, а в процессе чернового шлифования после исправления доминирующей погрешности деталь перемещают в вертикальном направлении так, чтобы для оставшейся гармонической составляющей выполнялось условие В=2π/N, где N номер оставшейся гармонической погрешности, при этом шлифовальные круги выполнены с разной зернистостью, а разнозернистые участки образуют на рабочей поверхности круга геометрический рисунок, и взаимодействуют, таким образом, с заготовкой, что осуществляется непрерывный контакт крупнозернистой частью обоих кругов.
1
1
2
2
Для достижения технического результата во втором варианте способ шлифования, включает этапы чернового и чистового шлифования, при котором деталь устанавливают в центра, имеющие возможность на этапе чистового шлифования свободно перемещаться в направлении поперечной подачи, приводят во вращение от автономного привода и шлифуют одновременно кругами с двух сторон, а свободное перемещение детали создают на этапах и чернового, и чистового шлифования, при этом перед обработкой деталь устанавливают относительно линии центров шлифовальных кругов на расстояние В=2π/N, где N номер доминирующей гармонической составляющей погрешности формы, В - угол между продольной осью заготовки и продольными осями шлифовальных кругов, а в процессе чернового шлифования после исправления доминирующей погрешности деталь перемещают в вертикальном направлении так, чтобы для оставшейся гармонической составляющей выполнялось условие В=2π/N, где N номер оставшейся гармонической погрешности, при этом шлифовальные круги выполнены с разной зернистостью, а разнозернистые участки образуют на рабочей поверхности круга геометрический рисунок, и взаимодействуют таким образом с заготовкой, что осуществляется контакт с разрывом крупнозернистой частью одного круга и непрерывный контакт крупнозернистой частью другого круга.
1
1
2
2
Для достижения технического результата в третьем варианте способ шлифования включает этапы чернового и чистового шлифования, при котором деталь устанавливают в центры, имеющие возможность на этапе чистового шлифования свободно перемещаться в направлении поперечной подачи, приводят во вращение от автономного привода и шлифуют одновременно кругами с двух сторон, а свободное перемещение детали создают на этапах и чернового, и чистового шлифования, при этом перед обработкой деталь устанавливают относительно линии центров шлифовальных кругов на расстояние В=2π/N, где N номер доминирующей гармонической составляющей погрешности формы, В - угол между продольной осью заготовки и продольными осями шлифовальных кругов, а в процессе чернового шлифования после исправления доминирующей погрешности деталь перемещают в вертикальном направлении так, чтобы для оставшейся гармонической составляющей выполнялось условие В=2π/N, где N номер оставшейся гармонической погрешности, при этом шлифовальные круги выполнены с разной зернистостью, а разнозернистые участки образуют на рабочей поверхности круга геометрический рисунок, и взаимодействуют, таким образом, с заготовкой, что осуществляется контакт с разрывом крупнозернистой частью обоих кругов.
Сущность способа заключается в том, что при шлифовании предложенным способом не только непрерывно чередуются рабочие поверхности абразивных зерен, что способствует повышению их стойкости, но и сокращается число повторных проходов зерен по следу от предыдущих, а также увеличивается толщина среза. При использовании кругов с синусоидальным рисунком крупнозернистых участков на рабочей поверхности при вращении эти участки круга дополнительно совершают осцилляцию по винтовой траектории, что в свою очередь увеличивает вышеперечисленные характеристики. Это позволяет повысить производительность процесса обработки за счет снижения времени шлифования и повышения стойкости инструмента.
В зависимости по предварительно определенному поперечному профилю заготовки, представленный в виде гармонического ряда Фурье,
заготовка устанавливается в центры, относительно линии центров шлифовальных кругов таким образом, чтобы выступы профиля, соответствующие доминирующей погрешности (имеющей наибольшую амплитуду), находились в контакте одновременно с обоими шлифовальными кругами, расположение детали определяется по зависимости:  где N число вершин определенной гармоники, В - угол наладки для доминирующей гармоники. При этом выбирается вариант взаимодействия кругов с заготовкой таким образом, чтобы осуществляется требуемый контакт крупнозернистой части обоих кругов. Это зависит от доминирующей погрешности и сопутствующих гармоник и от характеристик обрабатываемого материала (вязкость, хрупкость, податливости резанию).
По первому варианту осуществляется непрерывный контакт крупнозернистой частью обоих кругов (например, в наибольшей степени выражена доминирующая погрешность, высокая твердость или хрупкость материала).
По второму варианту осуществляется контакт с разрывом крупнозернистой частью одного круга и непрерывный контакт крупнозернистой частью другого круга (например, помимо доминирующей погрешности, четные гармоники, вязкий материал).
По третьему варианту осуществляется контакт с разрывом крупнозернистой частью обоих кругов (например, помимо доминирующей погрешности, нечетные гармоники, труднообрабатываемый материал).
Обрабатываемую заготовку приводят во вращение автономным приводом (не показано), подводят два шлифовальных круга и шлифуют деталь методом врезания при установке детали в положение, соответствующее наиболее интенсивному исправлению определенной гармоники, эта гармоника исправляется наиболее быстро. После исправления доминирующей погрешности до требуемой величины, включают двигатель и посредством ходового винта изменяют положение стола с установленным на нем кронштейном до такого положения обрабатываемой детали относительно шлифовальных кругов, при котором угол наладки В принимает значение, обеспечивающее наибольшую интенсивность исправления оставшейся погрешности (не показано).
Момент времени, при котором необходимо изменить положение обрабатываемой заготовки относительно линии центров кругов наступает после снятия припуска, равного амплитуде доминирующей гармоники, и определяется, например, прибором активного контроля, или по лимбу станка.
Использование предлагаемого способа позволяет повысить скорость вращения круга при обеспечении высокой чистоты поверхности, при этом исправления доминирующей погрешности происходят в большей степени, так же, как и исправления оставшейся погрешности, поскольку за счет крупнозернистой части шлифовального круга в зоне контакта процесс резания происходит более интенсивно, а именно на выступах профилей погрешностей.
Дополнительно с точки зрения улучшения условий стружкообразования имеет место преимущество применения крупнозернистой части круга, так как здесь расстояние между соседними зернами больше, лучше размещается стружка и хорошо очищается от отходов рабочая поверхность круга. Таким образом, поскольку увеличивается интенсивность исправления профилей погрешностей, одновременно с доминирующей составляющей исправляются и другие гармоники. Это позволяет уменьшить припуски на исправление погрешностей и дополнительно уменьшает количество перемещений детали относительно кругов, что позволяет сократить время обработки.
С целью обеспечения постоянной радиальной подачи на заготовку при изменении положения детали относительно кругов, скорость линейного перемещения шлифовальных кругов необходимо корректировать в меньшей степени. Что также сокращает время обработки, за счет уменьшения времени на наладку.
Также обходимо стремиться к минимальному времени обработки и, по-возможности, к минимальному количеству перемещений детали относительно кругов, этому способствует использование предложенного способа, обеспечивающего уменьшение износа шлифовальных кругов, что также способствует повышению точности обработки.
В практике традиционного бесцентрового шлифования в качестве параметра наладки устанавливают расстояние между осью детали и линией центров шлифовальных кругов.
Для пересчета расстояния от линии центров кругов Н и угла наладки В можно, например, воспользоваться зависимостью:
где D - диаметры кругов;
d - диаметр обрабатываемой детали.
Таким образом, использование предлагаемого способа обеспечивает повышение производительности и точности процесса шлифования и увеличивает скорость и стойкость шлифовальных кругов, а также снижение припуска на обработку.
Предлагаемый способ может осуществляться, например, при использовании инструмента, который содержит крупнозернистые участки абразива и расположенные за ними участки мелкозернистые. Упомянутые участки попарно разделены участками абразива с меньшей твердостью. Мелкозернистые участки абразива шире крупнозернистых участков абразива. Крупнозернистые участки абразива и участки абразива с меньшей твердостью соответственно имеют величину зерна больше величины зерна мелкозернистых участков абразива (Пат. №2201865, B24D 5/14, 10.04.2003). Или круг выполнен из абразивной массы разной зернистости. В основной абразивной массе одной зернистости в радиальном направлении размещены стержни, выполненные из абразива основной абразивной массы с добавлением абразива большей зернистости и повышенной твердости. Стержни размещены с образованием на периферии круга формы замкнутой симметричной синусоиды с постоянной амплитудой или с образованием формы синусоид с максимальной амплитудой в середине и затухающей к краям в чередующихся секторах (Пат. №2282531, B24D 5/14, 27.08.2006). Или шлифовальный круг, с чередующимися по высоте слоями абразивных масс различных характеристик, с целью повышения стойкости круга каждый слой имеет криволинейную форму, определяемую в цилиндрических концентрических сечениях синусоидой с уменьшающимся к оси круга периодом (A.c. 1144863 B24D 5/14, 15.03.1985), а также инструмент, выполненный с пластинами, каждая из которых, в свою очередь, выполнена из расположенных в один ряд и скрепленных между собой при помощи связки алмазных зерен, причем плоскость пластины расположена в плоскости вращения инструмента (А.с. 446430, B28D 01/00, 14.05.1974). Для обеспечения непрерывного контакта крупнозернистой частью шлифовальный круг может быть выполнен, например, из чередующихся слоев разнозернистых масс.