Исследование кинематических параметров при бесцентровом суперфинишировании

При бесцентровом суперфинишировании осуществляется силовое замыкание контакта, поэтому для устойчивого вращения заготовки необ­ходимо выполнение условия (4.22). Однако для равномерного движения заготовок этого еще не достаточно. Заготовки будут перемещаться равно­мерно, когда их продольные составляющие скорости будут равны.

Рассмотрим процесс передачи движения от валков к заготовке. Как правило, валки вращаются с равными постоянными угловыми скоростями и ю2, имеющими одинаковое направление (рис. 5.3). Поскольку в об­щем случае значения результирующих скоростей V и V2 валков в различ­ных сечениях не совпадают, то ведущим будет только один из них. При от­сутствии проскальзывания заготовка имеет окружную скорость равную окружной скорости V0 ведущего валка в точке контакта. При наладке стан­ка валки должны быть развёрнуты на угол X таким образом, чтобы состав­ляющая вектора скорости Vn вдоль траектории движения заготовки имела одинаковое направление с осью Z, т. е. движение осуществлялось от входа к выходу из зоны обработки. Решением силовой задачи установлено, что ведущим всегда будет правый валок (с индексом 1).

Рис. 5.3. Схема для расчета скоростей при бесцентровом суперфинишировании

Аналогично бесцентровому шлифованию скорость валка в точке контакта находится по формуле:

V = Шх R, (5.8)

где ш — угловая скорость вращения ведущего валка; R — радиус-вектор валка в точке контакта.

Скорость окружной подачи заготовок при суперфинишировании:

V0 = RwV cos2 a cos2 X + sin2 а. (5.9)

Скорость продольной подачи заготовок при суперфинишировании:

Vn = Rшcos a sin X. (5.10)

В выражениях (5.9) и (5.10) подразумевается, что параметры R, ш и а относятся к ведущему валку.

Кинематика суперфиниширования оказывает значительное влияние на скорость съема металла, износ брусков и качество поверхности [9]. Ос­новные рабочие движения заготовки 1 и шлифовального бруска 2 (рис. 5.4) при суперфинишировании цилиндрических поверхностей складываются из вращения заготовки со скоростью V0 и продольного перемещения со ско­ростью Vn и осциллирующего движения бруска со скоростью Vr. В резуль­тате сложения этих движений на обрабатываемой поверхности остаются синусоидальные следы от прохождения абразивных зерен. Пути абразив­ных зерен пересекаются и образуют сетку диагональных перекрещиваю­щихся следов.

Рис. 5.4. Схема суперфиниширования: 1 — заготовка, 2 — шлифовальный брусок

Угол р траектории движения абразивного зерна или угол сетки ри­сок, образуемой касательной к синусоидальной кривой в точке ее пересе­чения с осью детали, является важным критерием, характеризующим про­цесс суперфиниширования. Изменяя угол сетки рисок, можно управлять процессом суперфиниширования, регулируя как съем металла, так и полу­чаемую шероховатость обработанной поверхности.

Зависимость между углом сетки рисок и параметрами процесса, при­веденная в работе [18], имеет вид:

V Vn Vo Vn (,лл,

д = arctg-0 + arctg= arctg—— + arctg, (5.11)

Vr V0 2 ln б V0

где Vr — средняя скорость колебания бруска; l — ход бруска; пб — частота ко­лебаний бруска.

Из формулы (5.11) следует, что угол сетки рисок зависит от соотно­шения окружной и продольной скорости заготовки, скорости, хода и ча­стоты колебаний бруска. Указанные скорости переменны и изменяются за один период колебаний бруска. Однако для практических расчетов исполь­зуют их средние значения.

Пример расчета кинематических параметров дан в табл. 5.3 и 5.4. Исходные параметры для профилирования валков: половина межосевого расстояния v = 72 мм; радиус заготовки r = 15 мм; длина валка 800 мм (Z = = -400…400 мм); радиус валка в среднем сечении R0 = 62,5 мм; угол пере­крещивания осей валков X = 1, 4°. Угловая скорость валков принята ю = = 100 мин-1. При значениях l = 5 мм; пб = 800 дв. ход/мин имеем Vr = 8 м/мин.

Таблица 5.3

Кинематические параметры при бесцентровом шлифовании: r = 15 мм, Ro = 65 мм, v = 72 мм, X = 1 ° Z, мм R, мм а, градус V, мм/мин Vo, мм/мин Vn, мм/мин д, градус -400 62,2133 21,174 6221,3 6220,9 101,247 38,801 -300 62,8607 22,372 6286,1 6285,7 101,449 39,081 -200 63,5432 23,552 6354,3 6353,9 101,660 39,374 -100 64,2550 24,706 6425,5 6425,1 101,875 39,677 0 65,0007 25,842 6500,1 6499,7 102,097 39,992 100 65,7738 26,953 6577,4 6577,0 102,322 40,315 200 66,5797 28,046 6658,0 6657,6 102,552 40,649 300 67,4182 29,121 6741,8 6741,4 102,787 40,993 400 68,2814 30,170 6828,1 6827,8 103,025 41,344 Таблица 5.4

Кинематические параметры при бесцентровом шлифовании: r = 15 мм, R0 = 65 мм, v = 72 мм, X = 4° Z, мм R, мм а, градус V, мм/мин Vo, мм/мин Vn, мм/мин д, градус -400 57,3290 5,411 5732,9 5732,5 99,607 36,619 -300 58,3276 10,875 5832,8 5832,3 99,967 37,075 -200 59,9659 16,138 5996,6 5996,2 100,531 37,812

Z, мм	R, мм	а, градус	V, мм/мин	Vo, мм/мин	Vn, мм/мин	р, градус
-100	62,2054	21,139	6220,5	6220,1	101,258	38,798
0	64,9954	25,825	6499,5	6499,1	102,104	39,990
100	68,2747	30,161	6827,5	6827,1	103,024	41,341
200	72,0008	34,157	7200,1	7199,7	103,982	42,813
300	76,1066	37,802	7610,7	7610,3	104,949	44,360
400	80,5526	41,125	8055,3	8054,9	105,898	45,949

Иллюстрация изменения продольной и окружной скорости по длине обработки в зависимости от угла X для данных из табл. 5.3 приведена на рис. 5.5 и 5.6.

Из рис. 5.4 и 5.5 видно, что окружная и продольная скорости моно­тонно изменяются на протяжении длины обработки от минимального до максимального значения. С увеличением угла перекрещивания осей валков возрастает разность скоростей на краях зоны обработки. Подобный харак­тер изменения скорости заготовок объясняется изменением радиусов про­филя ведущего валка. Если сравнить графики на рис. 5.5 и 5.6 с графиками профиля валков, приведенными, например, в работе [18], то данный факт станет очевидным. В отличие от бесцентрового шлифования соотношение радиусов валка и заготовки меньше, поэтому изменение скоростей имеет более выраженный характер. На практике угол X, как правило, не превы­шает 2°, поэтому изменение окружной и продольной скорости находится в пределах 5 %.

Иллюстрация изменения угла сетки рисок по длине обработки в за­висимости от угла X для данных из табл. 5.3 приведена на рис. 5.7.

ц, градус Z, мм Рис. 5.7. График изменения угла сетки рисок при бесцентровом суперфинишировании

Как видно из рис. 5.7, характер изменения угла сетки рисок соответ­ствует графикам изменения скоростей заготовки на рис. 5.5, 5.6 и объясня­ется теми же причинами. Характерно увеличение угла ц от входа к выходу из зоны обработки, что в общем случае уменьшает режущую способность шлифовальных брусков. Для рассмотренного случая угол ц соответствует режиму активного резания. При этом относительное изменение угла ц не превышает 10 %.

Таким образом, равномерность продольного перемещения заготовок по длине обработки обеспечить не представляется возможным. Скорость вращения и продольного движения заготовок возрастает от входа к выходу из зоны обработки, что создает разрыв плотного потока заготовок. Для снижения различия скоростей на краях зоны обработки следует уменьшать угол перекрещивания осей валков и увеличивать диаметр валков. Измене­ние угла сетки рисок по длине обработки незначительно и легко компен­сируется за счет скорости осцилляции суперфинишных станций станка, которые имеют автономные приводы движения.