УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАРУЖНОГО ШЛИФОВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

Предлагаемая полезная модель относится к станкостроению, а именно - к устройствам для шлифования цилиндрических деталей в виде стержней, труб и др., преимущественно, с соотношением диаметра к длине, как 1:10 и более, а также деталей типа «коленчатый вал» со смещенными относительно общей продольной оси цилиндрическими элементами, например, шатунными шейками или деталей, имеющих в сечении форму овала, эллипса или иной сложной формы и может быть использована в станкостроительной, автомобильной и других отраслях промышленности в единичном, мелкосерийном и серийном производстве.
В настоящее время в технике металлообработки наблюдается, в связи с применением обрабатывающего инструмента из высококачественных металло- и минералокерамических твердых сплавов, повышение скоростей обработки при точении, фрезеровании, сверлении, зенкеровании, зубонарезании и других видах обработки достигающее 3000÷5000 м/мин. Однако при шлифовании скорости обработки не превышают 25÷50 м/мин, хотя шлифование в технологии машиностроения наряду с точением является наиболее распространенным методом обработки. Например, в моторостроении доля шлифовальных операций составляет более 25% и она продолжает увеличиваться в связи с созданием новых материалов, обработка которых металлическими инструментами затруднена, а иногда и невозможна. Кроме того, широкое развитие получают методы изготовления заготовок с минимальными припусками на обработку, такие, как точная штамповка, периодическая прокатка, литье в оболочковые формы, по выплавляемым и испаряемым моделям, под давлением, в вакууме и др., что повышает роль шлифования не только как метода финишной или
предфинишной обработки, но и как процесса непосредственного снятия технологических припусков металла с заготовки до заданного размера.
Наибольшее влияние на повышение производительности резания и уменьшение шероховатости поверхности при шлифовании оказывает увеличение рабочей скорости круга. Однако увеличение рабочей скорости круга ограничивается его прочностью, так как слишком большая скорость круга может привести к его разрушению под действием центробежных сил (разрыву).
Для повышения скоростей шлифования идут, в основном, путем совершенствования конструкции кругов, увеличения прочности связки и стойкости режущих зерен круга и, в меньшей мере, по пути совершенствования конструкции оборудования, использующего существующие конструкции кругов.
Одним из прогрессивных путей повышения скорости шлифовальных кругов является переход на охватывающее шлифование наружной поверхности цилиндрических деталей [1]. При охватывающем шлифовании прочность шлифовального круга значительно повышается в направлении действия сил инерции путем сжатия круга по периферии. Для этого круг заключается в металлический бандаж, одетый на круг, например, в подогретом состоянии. При охлаждении бандаж стягивает круг и вызывает в нем сжимающие напряжения. Стянутый круг помещается в прочный металлический держатель и прижимается к нему кольцевым диском и винтами, а сам держатель закрепляется в шпинделе шлифовального станка.
При охватывающем шлифовании крут может быть составлен из отдельных сегментов, установленных в держатель. В этом случае в сегментах во время работы возникают сжимающие напряжения. Но так как материал крута имеет значительно большую прочность на сжатие, чем на растяжение, то кругами, составленными из сегментов можно производить охватывающее шлифование со скоростями значительно большими, чем цельными кругами.
Благодаря тому, что путем сжатия цельного круга можно уменьшить растягивающие напряжения, возникающие в нем, или создать сжимающие напряжения в материале круга, составленном из сегментов, появляется
возможность создания устройства для охватывающего шлифования, на котором значительное повышение скорости шлифования не будет вызывать разрушения круга от действия сил инерции.
В настоящее время для шлифования охватывающим кругом используются устройства, содержащие размещенный на снабженной направляющими станине инструментальный узел, имеющий шпиндель с закрепляемым в нем держателем круга, в котором круг, в зависимости от его диаметра, закреплен при помощи стального бандажа, привод вращения шпинделя и привод продольного и поперечного перемещения узла, при этом управление его перемещением осуществляется вручную. Известные шлифовальные устройства устанавливаются на реконструированных токарных станках общепромышленного применения. Обрабатываемая деталь закрепляется в патроне станка и получает вращение от привода шпинделя через коробку скоростей. Управление работой устройства осуществляется оператором штатными элементами реконструированного станка. Для правки круга используются съемные приспособления, устанавливаемые на направляющих станины, при этом управление ими осуществляется оператором вручную с помощью механических передач, снабженных микрометрическими винтами и лимбами отсчета перемещений.
Однако известные устройства для наружного шлифования охватывающим кругом применяются для шлифования относительно коротких цилиндрических деталей, с отношением диаметра к длине как 1:5÷1:10, например, наружных или внутренних колец подшипников различного габарита и непригодны для шлифования деталей с отношениями более вышеуказанных, а также деталей, у которых шлифуемая поверхность смещена относительно оси вращения детали. Кроме того, зависимость операции обработки деталей от квалификации оператора сказывается на качестве обработки и на производительности известных устройств.
Целью предлагаемой полезной модели является создание устройства для наружного шлифования цилиндрических деталей в виде стержней, труб или деталей с иной, отличной в сечении от круга формы, например, эллипса, овала, со
смещенными относительно общего центра вращения детали шлифуемыми поверхностями и отношением диаметра к длине более, чем 1÷10, методом охватывающего шлифования, свободного от недостатков известных устройств.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для наружного шлифования цилиндрических деталей, содержащем станину-основание с направляющими, снабженный держателем шлифовального круга и приводами поперечного и продольного перемещения инструментальный узел, закрепленные на станине и снабженные приводом вращения средства для закрепления обрабатываемой детали в него дополнительно введены жестко закрепленные на станине и снабженные направляющими стойки, на направляющих которых размещен с возможностью перемещения также снабженный направляющими и автономными приводами ползун П-образной формы. На направляющих ползуна с возможностью перемещения закреплена консоль. Перемещение ползуна относительно стоек осуществляется электродвигателями, снабженными датчиками углового перемещения и закрепленных на стойках. Перемещение консоли относительно ползуна осуществляется также электродвигателями, снабженными датчиками углового перемещения и закрепленных на ползуне. Передача усилия от приводов на ползун и консоль осуществляется с помощью шарико - винтовых передач.
На консоли смонтирован инструментальный узел, выполненный в виде снабженной опорой вращения обоймы, охватывающей помещенный в нее концентрично шлифовальный круг. Узел снабжен электроприводом с датчиком угловых перемещений, передача вращающего момента на инструмент осуществляется при помощи зубчатого ремня.
Закрепление обрабатываемой детали на позиции обработки осуществляется при помощи двух узлов, один из которых размещен на направляющих станины - основания, а другой - на ползуне. Узлы снабжены каретками и имеют возможность перемещения вдоль станины - основания и поперек ее при помощи электроприводов. Каретки снабжены линейными датчиками перемещения. На каретке, размещенной на станине - основании установлен снабженный датчиком
угловых перемещений встраиваемый тороидальный электродвигатель вращения детали. На одной из стоек закреплен линейный датчик перемещения ползуна относительно стойки, а на сопрягающейся со стойкой части ползуна закреплен линейный датчик перемещения консоли относительно ползуна.
Управление работой предлагаемого устройства осуществляется от системы числового программного управления (ЧПУ). Выходы всех датчиков соединены со входом ЧПУ, а ее выход через силовые согласующие устройства соединен с исполнительными двигателями - вращения обрабатывающего инструмента, вращения обрабатываемой детали и перемещение ее относительно обрабатывающего инструмента, перемещения ползуна относительно стоек и перемещения консоли относительно ползуна.
Устройство снабжено средством для правки шлифовального круга, причем правка может осуществляться непосредственно в процессе выполнения основной операции, так как управление правкой также включено в систему ЧПУ.
Предлагаемое устройство имеет вертикальное построение и представлено на чертежах, где:
- на Фиг.1, 2 показан схематический вид устройства;
- на Фиг.3 показана блок-схема управления устройством.
Конструкция устройства следующая.
Па станине-основании 1 (см. Фиг.1, 2) закреплены стойки 2, 3 с направляющими 4, 5, на которых размещен ползун 6, 7, также снабженный направляющими 8, 9. На стойках 2, 3 смонтированы приводы 10, 11 перемещения ползуна 6, 7 с датчиками углового перемещения 12, 13. На стойке 3 (см. Фиг.2) размещен линейный датчик 14 положения ползуна относительно стоек 2, 3. На направляющих 8, 9 ползуна размещена консоль 15, снабженная приводами перемещения 16, 17 с датчиками углового перемещения 18, 19. Перемещение ползуна относительно стоек осуществляется шарико - винтовыми передачами (ШВП) 20, 21, а перемещение консоли относительно ползуна - ШВП 22, 23. На ползуне 7 (см. Фиг.2) смонтирован линейный датчик 24 [2] перемещения консоли 15 относительно ползуна. На консоли 15 смонтирован инструментальный узел,
включающий закрепленный в держателе 25 кольцом 26 обрабатывающий круг 27. Держатель 25 соединен с приводом 28 посредством зубчатой ременной передачи 29 и установлен на опоре вращения 30. Привод 28 снабжен датчиком углового перемещения 31. На консоли 15 закреплено также приспособление 32 для правки круга, на котором подвижно закреплен правящий элемент 33 (алмазный карандаш или ролик) и приводы 34 перемещения элемента 33 по горизонтали и 35 перемещения его по вертикали. На основании 1 подвижно на взаимно перпендикулярных направляющих (на чертежах не показаны) закреплена каретка 36, снабженная соответствующими приводами 37, 38 с датчиками углового перемещения 39, 40 и связанными с кареткой 36 посредством ШВП 41 (на Фиг.1 показана передача только от двигателя 37). На каретке 36 закреплен встраиваемый тороидальный электродвигатель 42 [3] с датчиком угловых перемещений 43, на двигателе 42 закреплен патрон 44. На ползуне 6,7 подвижно на взаимно перпендикулярных направляющих (на чертежах не показаны, расположены попарно параллельно направляющим каретки 36) смонтирована каретка 45, снабженная приводами 46, 47 с датчиками углового перемещения 48, 49 и связанными с кареткой 45 посредством ШВП 50 (на Фиг.1 показана передача только от двигателя 46). На каретке 45 во вращающемся узле 51 закреплен патрон 52. Обрабатываемая деталь 53 закрепляется в патронах 44, 52. Управление устройством для наружного шлифования цилиндрических деталей осуществляется системой ЧПУ 54 (см. Фиг.3), размещенной вместе с силовыми согласующими устройствами 55 в отдельно размещенной стойке 56 (на чертежах не показана). Двигатели 10 и 11, 16 и 17, 37 и 46, 38 и 47 подключены к силовым согласующим устройствам попарно (см. Фиг.3) и работают синхронно соответственно от системы ЧПУ. Наладочные операции по перемещению ползуна 6, 7 относительно стоек 2, 3, перемещение консоли 15 относительно ползуна 6.7, перемещение кареток 36, 45, включение и отключение системы управления производятся от пульта управления 56 вручную оператором.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В зависимости от вида обрабатываемой детали выбираются координаты, определяющие положение кареток 36 и 45 так, чтобы центры патронов 44 и 52 лежали на одной прямой (на вертикали), что контролируется соответствующими датчиками кареток 36 и 45. Консоль 15 в режиме ручного управления приводами 17, 18 опускается в крайнее нижнее положение, после чего в патронах 44, 52 закрепляется деталь 53, при этом в зависимости от длины детали приводами 10, 11 ползун 6, 7 опускается или поднимается на необходимую величину. После этого в систему ЧПУ 54 вводится программа обработки детали, включающая число оборотов обрабатывающего инструмента 28, число оборотов детали 53, скорость подачи детали к обрабатывающему инструменту, величину врезания обрабатывающего инструмента в деталь, скорость и величину перемещения обрабатывающего инструмента вдоль обрабатываемой детали и другие, в зависимости от решаемой технологической задачи и геометрических характеристик обрабатываемой детали, после чего производят пробную обработку детали на выбранных режимах с управлением от ЧПУ 54. По окончании обработки проводят соответствующие замеры геометрических параметров детали на соответствие технологическому заданию и вводят необходимую коррекцию в программу ЧПУ, после чего устройство готово для работы в производственном цикле.
Предлагаемое устройство позволяет обрабатывать с высокой точностью и производительностью цилиндрические детали различного назначения, детали, имеющие в сечении форму овала, эллипса и другие, а также коленчатые и кулачковые валы со скоростями круга 150-200 м/сек.
В настоящее время в ЧП «Ремсервис» г.Глухов, Украина, проводится конструкторско - технологическая проработка предлагаемого устройства с целью организации его промышленного изготовления.
Библиографические ссылки.
1. В.Ф.Казаков. «Шлифование при повышенных скоростях резания», изд-во «Технiка», Киев, 1971 г., стр.9-3, 38-40.
2. С.Марков, «Линейный привод в станкостроении - точность и эффективность», журнал «Мир техники и технологий», №11, 2006 г, стр.83-84.
3. «Повышение эффективности работы оборудования оптимальным подбором типа электропривода», рекламная информация фирмы ДП «Сименс Украины», журнал «Мир техники и технологий», №11, 2006 г., стр.38-39.