Шліфувальні верстати

1.16.1. Шліфувальні верстати. Загальні відомості. Основні методи опрацювання. Класифікація та вибір основних характеристик шліфувальних верстатів

Шліфувальні верстати працюють абразивним інструментом. У загальному парку металорізальних верстатів вони становлять близько 20 %, а в масовому (автотракторному, підшипниковому) виробництві частка шліфувальних верстатів сягає 60 %.

За допомогою шліфувальних верстатів виконуються високопродуктивні операції з обдирки виливків, відрізування, шліфування з цілого прутка високолегованого матеріалу спіральних та шпонкових канавок, спеціальних складних профілів і т.д. При цьому застосовують методи швидкісного та обдирного шліфування, що дозволяють за менший час зняти набагато більший обсяг металу, ніж при чорновій обробці точенням та фрезеруванням. У виробництві електронної та обчислювальної техніки тільки абразивна обробка дозволяє виготовити деталі з крихких магнітних і керамічних матеріалів, що важко обробляються.

Кінематичний процес шліфування на всіх типах шліфувальних верстатів здійснюється шляхом обертання шліфувального круга та обертання або переміщення оброблюваної заготовки щодо робочої поверхні круга (периферії або торця). Відносне переміщення заготовки проводиться прямолінійною або дуговою траєкторією.

Основні кінематичні ланцюги шліфувальних верстатів:

обертання шліфувального кола від індивідуального приводу;
поздовжнє переміщення столу від гідроприводу;
обертання оброблюваної заготовки або столу від індивідуального приводу;
поперечна подача шліфувального кола або заготовки – електромеханічна або гідравлічна;
колісна подача на глибину - механічна абогідравлічна;
правка кола – ручна, гідравлічна, електромеханічна.

Класифікація основних типів шліфувальних верстатів наведено у табл. 1.16.1.

1.16.1. Класифікація основних типів шліфувальних верстатів

1.16.2. Особливості конструкції та проектування верстатів для швидкісного та обдирного шліфування.

З розробкою нових конструкцій верстатів для абразивної обробки, нових абразивних матеріалів та інструментів, нових СОЖ та способів їх підведення з'являються умови для широкого впровадження у промисловість різних видів високопродуктивного шліфування – швидкісного та обдирного, різновидом яких є високошвидкісне (ЗШШ) та глибинне шліфування.

При проектуванні верстатів, що працюють за технологією високошвидкісного шліфування (ВСШ), передбачається використання:

шліфувальних кіл стандартних типів (з корунду або карбіду кремнію на керамічному або полімерному зв'язуванні); окружні швидкості кола становлять 60 – 120 м/с;
шліфувальних кругів ельборових на надтвердій зв'язці; окружні швидкості становлять до 150 м/с;
сталевих кіл з покриттям з ельбору на гальванічній зв'язці; окружні швидкості становлять до 250 м/с.

Ефективність швидкісного і особливо обдирного шліфування (процесів з дуже високою тепловою напруженістю) значною мірою залежать від відведення тепла із зони обробки.

Високі швидкості різання, що досягають 250 м/с, спричиняють високі динамічні навантаження на пружну систему верстата. Тому суворо регламентовано порядок підготовки та експлуатації абразивного інструменту. Шліфувальні кола перед встановленням на верстат проходять випробування на розривну міцність. Кола великих діаметрів статичнозбалансовані.

Шліфувальні верстати оснащені пристроями для динамічного балансування кругів і поточного контролю їх вібраційних характеристик.

Оскільки шліфувальні круги зношуються під час роботи, їх окружна швидкість і міцність зменшуються. Тому допускається знос кіл не більше 20% діаметра.

Для підтримки постійної швидкості різання верстати оснащені спеціальними статичними перетворювачами потужності з частотним регулюванням струму.

Завдяки високій ймовірності розриву кіл під час роботи в машинах передбачено надійний захист зони обробки та блокування відкриття захисної кришки.

Для забезпечення високої точності обробки верстати оснащені пристроями активного контролю розміру та адаптивними системами керування (у більшості випадків за потужністю головного приводу).

При роботі з підвищеними режимами шліфування для кращого видалення осаду в зону різання необхідно подавати збільшену кількість теплоносія під тиском 0,5 - 1 МПа.

Конструкція машин повинна бути шафового типу з повністю ізольованою зоною різання, здатною приймати велику кількість теплоносія.

На швидкохідних і потужних машинах застосовують подвійну очистку теплоносія: попередню за допомогою гідроциклонів і остаточну - паперовими стрічковими конвеєрами. Для отримання високої точності обробки ступінь очищення теплоносія повинна бути не більше 5 мікрон. На машинах із закритою зоною для відведення тепла застосовують холодильні установки з фреоновими або повітроохолоджувачами.

Порівняно з традиційними шліфувальними машинами, шліфувальні машини з високошвидкісної сталі мають ряд особливостей. Так, збільшено потужність приводу обертання колеса, що забезпечує високі показники знімання металу; підвищена швидкість занурення (подача на глибину) для вищих швидкостейзнімання металу; збільшено частоту обертання (або поздовжнього переміщення для плоскошліфувальних верстатів) деталі для забезпечення оптимального відношення швидкості кола до швидкості деталі (стола) v/vі = 60.

Вибір шліфувальних кіл при високошвидкісному шліфуванні ВСШ

Традиційними шліфувальними колами для ЗСШ є корундові круги на керамічній або органічній зв'язках. Холодно-пресовані та гарячепресовані шліфувальні круги на органічній зв'язці використовуються для обробки, наприклад, стружкових канавок ріжучого інструменту. Для таких робіт застосування шліфувальних кіл на органічній зв'язці обумовлено великою стійкістю профілю.

Шліфувальні круги на керамічному зв'язуванні використовують, наприклад, для шліфування доріжок кочення внутрішніх та зовнішніх кілець підшипників кочення на окружних швидкостях шліфувального кола в діапазоні 80 - 125 м/с.

Найчастіше працюють шліфувальними колами прямого профілю або з попереднім профільуванням. Зернистість 8 - 40 залежно від потрібних параметрів шорсткості обробленої поверхні заготовки.

Вимоги, що пред'являються до технічних характеристик корундових шліфувальних кіл під час роботи з ВСШ, такі:

висока динамічна стійкість при навантаженні відцентрових сил;
висока згинальна міцність у сухому та мокрому стані (з СОЖ);
великий обсяг матеріалу, що знімається в одиницю часу (60 - 300 мм3/с);
незначне зношування профілю шліфувального кола;
низькі параметри шорсткості оброблених поверхонь заготівлі (Ra = 0,16 -0,32 мкм);
допустимі окружні швидкості під час експлуатації корундових шліфувальних кіл становлять 63 - 125 м/с.

Подальше підвищення продуктивностівисокошвидкісного шліфування можливе лише з використанням високотвердих абразивів, зокрема, ельбору, який застосовувався лише для матеріалів, що важко обробляються.

Для зниження температури СОЖ подається безпосередньо до зони різання. Якщо СОЖ за допомогою сопла подається тільки в зазор між колом та заготівлею, то кількість СОЖ у самій зоні різання буде недостатньою.

У зв'язку з великими окружними швидкостями при ВСШ робочої поверхні шліфувального кола виникає повітряна подушка, що обертається зі швидкістю кола і блокує потрапляння СОЖ в зону шліфування. Після відсікання цієї подушки з поверхні кола механічним шляхом (рис. 1.16.1) СОЖ, що захоплюється поверхнею шліфувального кола, потрапляє на заготівлю в зону шліфування. Цю систему подачі СОЖ називають "черевик для подачі СОЖ". Якщо при цьому ще збільшують тиск у системі подачі СОЖ, то таким чином ліквідується можливість виникнення прижогов. За такого способу підведення СОЖ, зазвичай, працюють із тиском 0,5 - 2 МПа. Принцип роботи "з черевиком", підвищеним тиском із системою подачі СОЖ і з механічним відбивачем повітряної подушки знаходить застосування при зовнішньому круглому шліфуванні.

Підвищена ріжуча здатність та кромкостійкість кіл з ельбору, а також їхня хороша теплопровідність сприяють утворенню меншої, ніж при обробці абразивним інструментом, температури поверхневого шару заготовки.

Корисні посилання на тему

Москва, машинобудування. Енциклопедія 2002. За редакцією К.В. Фролова