Бесцентровое круглое шлифование

При бесцентровом шлифовании обрабаты­ваемая деталь 1 (рис. 244) устанавливается на опорный нож 4 между шлифовальным 2 и ве­дущим 3 кругами. Шлифовальный круг вра­щается со скоростью v_к = 30 ÷ 60 м/с, а веду­щий - со скоростью v_к = 10÷40 м/мин. Так как коэффициент трения между кругом 3 и деталью больше, чем между деталью и кругом 2, то ведущий круг сообщает детали вращение со скоростью круговой подачи v_в.

Применяется два метода шлифования: про­ходное и врезное. Продольная подача дости­гается при повороте оси ведущего круга на угол а. Окружная скорость ведущего круга v_в раз­лагается на две составляющие: скорость вра­щения детали (круговую подачу) v_д и продоль­ную подачу s = v_в sinа. Чтобы обеспечить ли­нейный контакт ведущего круга с цилиндрической поверхностью детали, ведущему кругу в процессе правки придают форму гипербо­лоида.

При врезном шлифовании ведущий круг сообщает детали только вращательное движе­ние. Ось ведущего круга устанавливают гори­зонтально или под небольшим углом (а ≈ 0,5°), чтобы в процессе шлифования со­здать поджим к неподвижному упору. В этом случае ведущему кругу придается при правке цилиндрическая форма. Принудительная пода­ча обрабатываемой детали сообщается меха­низмом подачи бабки ведущего круга.

Технологические особенности. Обрабатывае­мая деталь вращается свободно, без закрепле­ния в призме, образованной опорным ножом и ведущим кругом. Благодаря этому исклю­чаются деформации детали при ее зажиме, а вращение в призме позволяет эффективно устранять отклонения от круглости шлифуе­мой поверхности.

Вращение детали осуществляется вслед­ствие сил трения между деталью и ведущим кругом. Для качественной обработки необхо­димо, чтобы деталь начала вращаться до каса­ния шлифовального круга, что в значительной степени определяется состоянием опорного ножа, который должен иметь прямолинейную опорную поверхность высокой твердости и с па­раметром шероховатости Ra = 0,08 — 0,16 мкм, с тем чтобы коэффициент трения между де­талью и ножом был минимальным. Обра­батываемая поверхность чаще всего является базой, поэтому большое значение приобретает исходное состояние обрабатываемой поверх­ности. Ведущий круг выполняет роль устрой­ства, замедляющего скорость вращения дета­ли, а также дополнительной опоры, значительно повышающей жесткость технологической системы. Благодаря этому на бесцентрово-шлифовальных станках можно обрабатывать длинные и тонкие детали на увеличенных поперечных подачах без опасения прогибов в процессе шлифования. Бесцентровое шлифо­вание, осуществляемое без зажима и без устройств принудительного вращения детали, не требует создания центровых базовых гнезд и упрощает автоматизацию обработки, сокра­щает время на установку и снятие обрабаты­ваемой детали. Эти преимущества делают бес­центровое шлифование наиболее производи­тельным процессом круглого наружного шли­фования.

Жесткость технологической системы бесцентрово-шлифовальных станков в 1,5-2 раза выше жесткости кругло шлифовальных стан­ков, поэтому и режим резания при бесцентро­вом шлифовании повышают примерно в 1,5—2 раза. Бесцентровое шлифование обес­печивает обработку деталей с точностью 5—6-го квалитета.

В процессе бесцентрового шлифования обрабатываемая деталь лежит на опорном но­же и ведущем круге, образующих призму (рис. 245). Опорный нож устанавливают по высоте так, чтобы центр шлифуемой детали был вы­ше линии центров шлифовального и ведущего кругов примерно на 0,5d, но не более чем на 14 мм. Тонкие, длинные и недостаточно пря­молинейные прутки целесообразно распола­гать ниже линии центров на ту же величину. Опорная поверхность ножа должна распола­гаться параллельно оси шлифовального круга.

Отклонение от прямолинейности опорной и установочной поверхностей ножа не должно превышать 0,01 мм на 100 мм длины. Тол­щина опорного ножа должна быть на 1—2 мм меньше диаметра шлифуемой детали, но не более 12 мм:

Угол скоса φ опорной поверхности ножа для деталей длиной до 100 мм и диаметром до 30 мм принимают равным 30°, а при боль­ших размерах —20—25°.

Опорные ножи, оснащенные пластинками из твердого сплава ВК8, обладают высокой износостойкостью. Стальные ножи следует при­менять при шлифовании деталей диаметром до 3 мм, когда нет возможности применять ножи с твердым сплавом. В целях экономии верхнюю опорную часть ножа изготовляют из легированной или быстрорежущей стали, а нижнюю — углеродистой.

Бесцентровое шлифование напроход. Обра­батываемая деталь при входе в зону шлифова­ния самоустанавливается между кругами и перемещается силой продольной подачи, при этом шлифовальный круг врезается в де­таль на величину снимаемого припуска. На участке врезания режущая кромка круга интенсивно изнашивается, образуя заборную часть А (рис. 245), которая непрерывно увели­чивается и изменяет условия резания. Поэтому на долю участка Б круга приходится снятие остаточного припуска и устранение отклоне­ний формы. На участке выхаживания В, вслед­ствие обратного конуса на образующей шли­фовального круга, по мере перемещения дета­ли к выходу глубина резания непрерывно уменьшается, способствуя снижению параме­тра шероховатости и повышению точности детали.

При бесцентровом шлифовании напроход можно надежно обеспечивать обработку с точ­ностью 5 —6-го квалитета при допуске 2,5 мкм и параметре шероховатости поверхности Ra = 0,32 ÷ 0,08 мкм.

Число операций зависит от припуска на шлифование, определяемого исходными по­грешностями, требованиями точности и пара­метрами шероховатости поверхности. При шлифовании с невысокими требованиями к точности (допуске 0,08—0,1 мм) и параме­трами шероховатости поверхности (Rа = 1,25 ÷ 2,5 мкм) наибольший снимаемый припуск за одну операцию составляет 0,25 мм на диаметр (табл. 55—57).

В условиях массового производства пара­метр шероховатости поверхности Ra < 0,2 мкм достигается доводкой (табл. 58) или суперфи­нишированием.

В некоторых случаях для уменьшения пара­метров шероховатости поверхности целесо­образно применять наладки, в которых вместо одного шлифовального круга высотой 150—200 мм устанавливают два круга высо­той 75 —100 мм разной характеристики (рис. 246). Первый круг (крупнозернистый) служит для снятия припуска, второй круг (мелкозер­нистый) — для окончательного достижения не­обходимых точности и параметров шерохова­тости поверхности.

Бесцентрово-шлифовальные станки с широ­кими кругами (500 и 800 мм) заменяют два-три обычных станка Для снятия увеличенного припуска на широких кругах необходимо со­здавать заборный конус длиной до 100 мм (на входе), а на выходе делать обратный конус длиной 50 — 80 мм для снижения шероховато­сти поверхности и исключения следов на шли­фуемых деталях. Заданный профиль по образующей круга с передним и обратным конуса­ми создается в процессе правки круга по копиру

Во избежание неправильных размеров де­талей необходимо в процессе шлифования поддерживать непрерывную подачу их при прохождении через всю зону шлифования (особенно при шлифовании точных деталей).

При установке на станке передняя часть опорного ножа должна выступать из зоны кругов на величину l_вк = (1,2 ÷ 1,3)l, а задняя часть ножа — на величину l_пр > 0,75l (см. рис. 245).

При шлифовании деталей с d > l длину опорного ножа необходимо увеличить, чтобы предупредить преждевременное выпадание де­тали на выходе.

Направляющие линейки при бесцентровом проходном шлифовании служат для ввода заготовки в зону шлифования и вывода из нее. При длине шлифуемых деталей l > 100 мм длина линейки L=l; при l=100÷200 мм L = 0,75l. При выборе длины линейки нужно учитывать также соотношения длины линейки l и диаметра d детали. При обработке корот­ких деталей (d > l) следует использовать длинные линейки, чтобы одновременно подво­дить к кругам по нескольку деталей для до­стижения лучшей их устойчивости на опорном ноже. Длина направляющих линеек увеличи­вается также при шлифовании деталей не­прерывным потоком. Отклонения от прямоли­нейности и параллельности боковых сторон линеек не должны превышать 0,01 мм на 100 мм длины.

Направляющие линейки располагают па­раллельно линии контакта обрабатываемой детали с шлифовальным крутом. Входная на­правляющая линейка должна располагаться от линии контакта детали с ведущим кругом на половину снимаемого припуска на диаметр (z/2). Направляющая линейка на выходе является продолжением линии контакта дета­ли с ведущим кругом (рис. 247).

На рис. 248 приведены примеры воз­можных отклонений формы шлифуемых дета­лей, вызванных неправильной установкой на­правляющих линеек. Направляющие линейки со стороны шлифовального круга устанавли­вают так, чтобы обеспечить свободное про­движение обрабатываемых деталей на входе и выходе из зоны шлифования. Их применяют лишь для того, чтобы детали не падали с опорного ножа.

При шлифовании напроход для уменьше­ния разброса диаметров обрабатываемых де­талей необходимо, чтобы в зоне шлифования по всей ширине кругов обеспечивался не­прерывный поток деталей. Торцовые поверхности деталей должны быть обработаны зара­нее. Особенно это касается деталей типа колец, диаметр которых превышает их длину.

Для получения однородного качества шли­фуемых деталей необходимо, чтобы на по­следней финишной операции разброс диаме­тров шлифуемых деталей был меньше припу­ска на одну операцию. При отсутствии актив­ного контроля с автоматической подналадкой или недостаточной жесткости технологической системы необходимо вводить дополнительную операцию для уменьшения разброса диаме­тров.

При шлифовании длинных тонких и искри­вленных прутков наладка должна быть такой, чтобы прутки лежали на ноже ниже линии центров шлифовального и ведущего кругов примерно на половину своего диаметра. Дли­на загрузочных и приемных устройств для поддержания детали на входе и выходе из зоны шлифования должна быть не менее длины обрабатываемых прутков.

При шлифовании колец, ранее не обрабо­танных по наружному диаметру, первый ход целесообразно осуществлять с применением оправок. Для этого пачку колец устанавли­вают на оправке с зазором 0,5 мм и слегка поджимают гайкой так, чтобы каждое кольцо могло самоустанавливаться на опорном ноже в процессе шлифования (рис. 249, а).

Для шлифования напроход профильных бочкообразных роликов, шлифования на­ружных фасок на кольцах в качестве ведущего круга используют стальной барабан 1 (рис. 250) со спиральными канавками, профиль дна которых соответствует профилю обрабатывае­мой детали 2. При вращении барабана обрабатываемые детали вращаются, ориентируют­ся и перемещаются барабаном вдоль криволи­нейной образующей шлифовального круга 3. Опорный нож 4 имеет также криволинейную форму; линейка 5 предотвращает выбрасыва­ние деталей. В спиральную канавку барабана 1 детали вводятся из лотка 6 штоком 7, рабо­та которого согласована с вращением бараба­на. За каждый оборот барабана со станка схо­дит одна обработанная деталь. Этот метод применяют на операциях с невысокими требо­ваниями к точности.

На станках шлифования напроход приборы контроля обычно располагают за зоной шли­фования; они фиксируют размер уже обрабо­танной детали. Так как в условиях поточной непрерывной обработки точность размеров определяется настройкой шлифовального круга и по мере его изнашивания и затупления размеры обрабатываемой детали увеличи­ваются, прибор активного контроля должен Автоматически поддерживать наладку опера­ции (рис. 251). Измерительный прибор выне­сен из зоны шлифования и состоит из двух сопл 1. Обрабатываемые детали 6 выходя из зоны шлифования, продолжают перемещаться по опорному ножу 5 и попадают на наклон­ную призму 3, являющуюся базой для детали при измерении. Через нижнее сопло 1 сжатый воздух подводится к детали через отверстие в призме. По мере изнашивания и затупления круга диаметр шлифуемых пальцев увеличи­вается, уменьшая зазор между и смертельным соплом и деталью.

При достижении границы верхнего допуска на диаметр пальца измерительный прибор дает команду исполнительным органам меха­низма поперечной подачи станка на компенса­цию износа круга. В условиях непрерывной обработки поршневых пальцев со скоростью продольной подачи 3—4 м/мин приборы активного контроля обеспечивают точность диа­метра с допуском ±10 мкм.

Бесцентровое врезное шлифование. Этим ме­тодом обрабатывают детали с цилиндриче­ской, конической, сферической и фасонной по­верхностями, ступенчатые валики, детали с разобщенными поверхностями и др.

При бесцентровом врезном шлифовании м одну операцию можно снять любой заданный припуск. При этом шлифовальный круг пра­вят дважды предварительно — для снятия ос­новного припуска и окончательно на чистовых режимах — для отдечочной обработки.

В условиях серийного и массового про­изводства целесообразно разделять обработку на несколько операций, с тем чтобы лучше подготовить деталь к финишной обработке и окончательное шлифование выполнять мел­козернистым кругом, у которого стойкость кромок более высокая.

Рекомендации по выбору числа операций с учетом требований точности и параметров шероховатости поверхности, достигаемых при бесцентровом врезном шлифовании, приве­дены в табл. 59 — 61.

При врезном шлифовании продольное перемещение обрабатываемой детали в зоне шлифования ограничивают жестким упором (рис. 252).

Выбранная для соприкосновения с упором торцовая поверхность детали должна быть гладкой и не должна иметь биения. Чтобы обеспечить постоянный поджим обрабатывае­мой детали к упору, ведущий круг наклоняют на угол 0,5-1º.

При врезном шлифовании на обрабатывае­мой детали копируется профиль шлифоваль­ного круга, поэтому для повышения кромко-стойкости круга его твердость выбирают на одну-две единицы больше, чем при бесцентро­вом шлифовании напроход.

Примеры наладок. При шлифовании длинных деталей их правильное положение и устойчивость на ноже обеспечиваются под­держивающим люнетом (рис. 253).

При шлифовании ступенчатых деталей ве­дущий круг делают ступенчатой формы, если длина шлифуемых шеек примерно одинакова (рис. 254,б), и прямой формы, если большая по диаметру ступень значительно длиннее меньшей (рис. 254, а). Аналогично выбирают форму опорной поверхности ножа (рис. 255). Длина ее во всех случаях должна быть на 5—10 мм больше длины шлифуемой поверх­ности. Круг правят по копиру в одну сторону с большего диаметра на меньший, при обрат­ном ходе пиноль с правящим инструментом нужно отводить, чтобы не повредить алмаз. В многокруговых наладках (рис. 256) все шлифовальные крути монтируют на одной планшайбе. Расстояние между торцами кругов определяется размерами распорной втулки.

Аналогичным образом располагают и веду­щие круги. Шпиндели ведущих и шлифо­вальных кругов устанавливают параллельно, обрабатываемая деталь в процессе шлифова­ния самоустанавливается между кругами. При многокруговой наладке для шлифования ши­пов крестовины (рис. 256, а) за одну установку обрабатывается сразу четыре шипа по наруж­ному диаметру и по фаске при автоматиче­ском цикле.  Две детали из магазина загружаются в рабочую зону и устанавливаются на опорном ноже. После шлифования первая па­ра шипов передается в специальное кантовательное устройство, поворачивается на 90° и вновь устанавливается на ноже для обработ­ки.

Шлифование шипов, закаленных с по­мощью ТВЧ до твердости HRC 60 — 66, осу­ществляется в две операции на следующих ре­жимах (табл. 62).

Эти технологические условия обеспечивают точность размеров шипов с допуском 0,02 мм, отклонения от цилиндричности 0,006 мм, па­раметр шероховатости поверхности Ra = 0,32 мкм.

При бесцентровом шлифовании конусов (рис. 257) ось ведущего круга для создания прижима детали к упору наклонена на угол 0,5 — 1º. Опорный нож при этом должен быть наклонен наполовину угла конусности детали, а длина опорной поверхности ножа — должна быть на 15 — 20 мм больше длины конуса дета­ли. У конусного шлифовального круга участок с меньшим диаметром работает с большей нагрузкой и быстрее изнашивается, поэтому шлифовальный и ведущий круги приходится править чаще. Для уменьшения числа правок следует применять ведущие круги максималь­ной твердости или изготовлять их из серого чугуна с крупнозернистой структурой. Чу­гунные круги правят резцом из твердого спла­ва на режимах правки алмазным инструмен­том. Правка кругов на конус осуществляется по копирным линейкам 1 и 5 (рис. 257). Неуравновешенные детали при шлифовании лежат на ноже неустойчиво, особенно в заключительной стадии, когда глубина реза­ния незначительна. Специальная пружинная подставка поддерживает свешивающуюся часть детали 1 (рис. 258). Во избежание иска­жения формы шлифуемой поверхности и по­явления огранки пружин 3 поддержки 2 дол­жна быть мягкой.

Шаровую поверхность 2 (рис. 259, а) шли­фуют профильным кругом 3. Шлифовальный круг профилируется правящим устройством 4. Расстояние от вершины алмаза до оси враще­ния должно быть равно половине окончатель­ного диаметра шара. Ось пиноли должна быть расположена в плоскости средней части шли­фовального круга. Для экономии алмазного инструмента шлифовальные круги устанавли­вают на станок с предварительной радиусной проточкой. Опорный нож 5 (рис. 259,б) цилин­дрической частью устанавливают по оси ра­диусной выточки профильного круга 3. Веду­щий круг 1 (см. рис. 259, а) имеет прямолиней­ную образующую и устанавливается по цен­тру шара, соприкасаясь с обрабатываемой поверхностью на участке А. В процессе шли­фования обрабатываемая деталь самоустана­вливается в осевом направлении по радиусно­му профилю шлифовального круга, поэтому ось ведущего круга должна быть строго па­раллельна оси шлифовального круга. На со­временных станках профильная правка шли­фовального круга алмазным роликом совме­щается с шлифованием шаровой и конической поверхностей пальца за один установ.

Шлифование на жестких опорах (рис. 260) применяется для обработки тонкостенных де­талей. Оно позволяет устранять отклонение от соосности наружного и внутреннего диаме­тров, а также разностенность втулок, гильз и других полых деталей типа колец. Заготовка в процессе шлифования базируется внутренней цилиндрической поверхностью на непо­движных опорах. Для этого на бесцентрово-шлифовальном станке вместо суппорта с опорным ножом установлен кронштейн с оправкой 3, на которой закреплены жесткие опоры 2. Обрабатываемая деталь 1 с по­мощью ведущих роликов 4 поджимается и вращается на этих опорах. Шлифовальный круг 5 в свою очередь прижимает деталь к опоре 2 и копирует в процессе шлифования по наружному диаметру внутреннюю цилин­дрическую поверхность.

Приспособление для шлифования гильз на жестких опорах показано на рис. 261. На столе подвижной бабки ведущего круга закреплена плита, несущая кронштейн 2 с оправкой 3. Вдоль оси оправки выполнены три про­дольных паза, в которых закреплены твердо­сплавные жесткие опоры 4. Опоры по длине оправки расположены двумя поясами соответ­ственно шлифуемым поверхностям. Для облегчения установки обрабатываемой детали 1 на оправку 3 служит направляющий стакан 8 с заходным конусом, вынесенный за пределы рабочей зоны станка. На плите расположена стойка, на которой смонтирован узел 7 враще­ния ведущих роликов. В корпусе на оси 6 за­креплены два ведущих абразивных ролика 5. Ролики изготовляют из нормального электрокорунда на вулканитовой связке твердостью Т. Вращение роликов осуществляется от при­вода вращения ведущего круга.

Для плавности и легкости вращения гильзы на жестких опорах необходимо, чтобы участки контакта жестких опор имели мини­мальную шероховатость (Rа = 0,1 мкм). Луч­ше всего эти участки доводить алмазной па­стой.

В процессе шлифования разностенность гильз уменьшается с 50 — 250 до 10 — 20 мкм. Простота наладки и установки гильзы на ста­нок позволила повысить производительность операции примерно в 2 раза по сравнению с шлифованием на центровых круглошлифовальных станках.

При врезном шлифовании можно одновре­менно шлифовать шейку и торец. Для этого ведущий круг достаточно наклонить на 0,5º и снять упор, ограничивающий перемещение заготовки. Для подобных наладок станок не­обходимо оборудовать приспособлением для правки торца шлифовального круга. Припуск со стороны горца не следует допускать более 0,1 мм.

Механизация загрузки и выгрузки деталей. При бесцентровом врезном шлифовании руч­ная загрузка и выгрузка обрабатываемых де­талей неудобна и небезопасна. Поэтому важно механизировать эти работы.

Примеры устройств механизированной за­грузки и выгрузки ступенчатых валиков пока­заны на рис. 262 — 265. В начале цикла шлифо­вания, когда ведущий круг отведен для вы­грузки готовой детали (рис. 262, а), столб заготовок удерживается в магазине 4 отсекателем 3, а подготовленная к шлифованию де­таль 2 — пружинным ограничителем 1. При подходе бабки 6 ведущего круга отсекатель 5 отжимает ограничитель 1 и проталкивает де­таль на опорный нож. Одновременно штырь 7 (рис. 262,б) отводит отсекатель 3, и столб деталей опускается до упора в отсекатель 5. После окончания шлифования бабка ведущего круга отходит, обработанная деталь скаты­вается с ножа, нижняя деталь из желоба па­дает на ограничитель 1, и цикл повторяется.

Многоступенчатый валик (рис. 263) поме­щают на укладчик 1, который под действием гидроцилиндра 2 опускает деталь на опорный нож 6. После окончания шлифования укладчик снимает шлифованную деталь с ножа. Работа гидроцилиндра увязана с циклом шлифования и движением бабки ведущего круга.

При одновременном шлифовании двух раз­общенных шеек (рис. 264) деталь 1 типа кресто­вины из загрузочного лотка 3 ползуном 2 опускается на опорный нож 6. После окон­чания обработки ползун 2 поднимает деталь 1 до встречи с отсекателем 4. Последний сбрасывает деталь в приемный желоб 5.

Короткие ступенчатые пальцы (рис. 265) из бункера 1 скатываются в желоб 2 с помощью ворошителя, у которого кулачки 10 непрерывно качаются от пневмоцилиндра 9 вверх и вниз. Нижняя деталь в желобе оказывается на опор­ном ноже 4 и штоком 8 проталкивается между кругами 3 и 5 в зону шлифования. Шток полу­чает команду от кулачка 6, закрепленного на планшайбе ведущего круга, через направляю­щий пневмораспределитель 7. После оконча­ния цикла шлифования деталь скатывается с опорного ножа в приемный паз ведущего круга и выпадает из него в лоток.

Механизм для загрузки четырех деталей (рис. 266) имеет направляющую колонну 1 с подъемно-поворотным рукавом 2. В рукаве установлен короткий конвейер, с помощью ко­торого в два приема загружаются на рукав четыре поршня 3. Затем рукав поднимается и, поворачиваясь в горизонтальной плоскости на угол 90º, устанавливается в одну линию с на­правляющим устройством бесцентрово-шлифовального станка. Цикл работы станка пол­ностью автоматизирован. На длинном штоке гидроцилиндра закреплена гребенка 8. Пере­мещаясь, она передвигает все четыре поршня на рабочие позиции между кругами 5 и 7. Вслед за этим происходит быстрый подвод бабки 4 с ведущими кругами 5, а поршни опу­скаются на опорный нож 6. Затем включается рабочая подача. В то же время поворотный рукав 2 отходит в исходное положение. После установки поршней на опорный нож гребенка также возвращается в исходное положение, а рукав с новой партией поршней начинает подниматься. В конце ускоренного отхода бабки гребенка вновь передвигает поршни, одновременно выталкивая обработанные дета­ли на склиз.