Балансировка шлифовального круга

При больших скоростях вращения круга даже небольшая его неуравновешенность создает значительные центробежные силы, кото­рые могут нарушить работу станка и отразиться на качестве обраба­тываемой заготовки. Неуравновешенность круга в процессе работы по­вышает изнашивание станка, в первую очередь опор шпинделя, а также шероховатость поверхности, расход абразивного инстру­мента, средств для его правки; прн этом снижается точность обра­ботки и растут напряжения в круге, в результате чего может насту­пить его разрыв. Неуравновешенность круга возникает при несовпа­дении его центра тяжести с центром вращения.

Основными причинами неуравновешенности круга являются неправильность его геометрической формы, эксцентриситет наружной поверхности относительно отверстия, непараллельность торцов круга и эксцентриситет, возникающий при посадке круга вследствие одно­сторонней выборки зазора между отверстием круга и зажимной шайбой. Неуравновешенность круга может быть вызвана неравно­мерной плотностью его массы.

Неравномерность распределения массы круга существенно влияет на эффективность его эксплуатации, в частности вызывает необхо­димость его многократной балансировки за период срока службы, снижает плавность вращения. Для снижения неуравновешенности шлифовальные круги подвергаются балансировке.

Неуравновешенность круга снижают разными способами. При полной выборке зазора между отверстием круга и посадочным диаметром зажимной шайбы момент дисбаланса можно снизить в два раза с помощью упругой центрирующей втулки в виде разрезного кольца с лепестками, имеющими по одному краю внутренний выступ, который входит в проточку центрирующей шайбы. Жест­кость лепестков выбирают с учетом преодоления массы круга с неко­торым запасом.

Существуют балансировочные устройства для динамического и статического балансирования. Наибольшую точность обеспечивают устройства для динамической балансировки, но они дороги в изготов­лении и требуют высокой квалификации обслуживающего персонала. В производственных условиях используют простые в работе устройст­ва для статической балансировки: 1) с двумя горизонтальными параллельными линейками или цилиндрическими валиками; 2) с дву­мя парами вращающихся дисков, приборы (весы) для баланси­ровки (рис. 30).

Балансировочные устройства с двумя горизонтальными парал­лельными линейками, на которые устанавливают оправку с кругом, являются основным оборудованием для статической балансировки шлифовальных кругов. Необходимыми условиями, обеспечивающими точность балансировки на таком устройстве, являются прямоли­нейность и строго горизонтальное положение рабочих плоскостей линеек, но для этого требуются периодическое точное шлифование их и выверка по уровню, так как в процессе эксплуатации на рабочих поверхностях оправок и линеек образуются вмятины и забоины.

Балансировочные устройства с вращающимися дисками (или роликами) не обладают такими недостатками, но обоим видам устройств присущ общий недостаток — большой момент трення, сни­жающий точность балансировки. Использование принципа «воздуш­ной подушки» позволило создать рациональную конструкцию устройства для статической балансировки тел вращения, позволяю­щую резко уменьшить момент трения.

Были проведены испытания балансировки на трех различных устройствах, оснащенных опорными элементами: на «воздушной подушке», на плоскопараллельных линейках, и на роликах качения.

Рис. 30. Конструкции устройств для статической балансировки шлифовальных кругов: а — на воздуш­ной подушке (Р = 0.00096 Н); б — ва плоскопарал­лельных линейках (Р = 0,00665 Н); в —с двумя па­рами вращающихся дисков (Р =0,038 Н)

Использовали балансировочную оправку с шейками диаметром 24 мм и закрепленным на ней абразивным кругом диаметром 300 мм. Для определения чувствительности к дисбалансу на периферии круга кре­пился минимальный груз, под воздействием которого происходит поворот круга, пока груз не достигнет нижнего положения.

Рис. 31. Прибор (весы) для статической бяпянсировки шлифовальных кругов

В устройстве на «воздушной подушке» оправка с кругом легко поворачивается в опорах под воздействием груза массой 0,096 г. Чтобы вывести из состояния покоя оправку с кругом, установлен­ную иа плоскопараллельных линейках и роликах, потребовалось уве­личить массу груза соответственно в 7 и 40 раз.

Балансировочные весы (рис. 31) предназначены для статической балансировки шлифовальных кругов диаметром от 200 до 600 мм. Рама 2 призмами опирается иа две стойки 3. Призмы и опоры покрыты твердым сплавом. Стойки прикреплены болтами к литому чугунному основанию 6. Величину отклонения рамы 2 от нулевого положения указывает стрелка 4, перемещающаяся по шкале 5. Перед началом балансировки рама при помощи грузиков / и 7 устанавливается в ну­левое положение по ватерпасу в продольном и поперечном направ­лениях.

Балансировка кругов производится следующим образом. Шлифо­вальный круг вместе с фланцами насаживают на специальную оправку и устанавливают на весы. При этом балансировочные контргрузы должны быть вынуты из фланца круга. Затем пово­рачивают круг для получения наибольшего отклонения стрелки 4 и в этом положении наносят пометку на его торце. После этого вставляют контргрузы во фланец круга, причем их необходимо распо­ложить в противоположной половине круга на равных расстояниях от пометки. Контргрузы переставляют до тех пор, пока стрелка 4 не займет нулевое положение. При достижении такого положения круг считается отбалансированным.

Наиболее точное уравновешивание круга достигается при балан­сировке его непосредственно на шлифовальном станке. При неуравно­вешенном круге возникает центробежная сила, которая вызывает вибрации. Различают дисбаланс круга в состоянии поставки, а также дисбаланс, возникающий при установке и эксплуатации. При опреде­ленных условиях центробежная сила может более чем в пять раз пре­вышать собственную массу круга. При скоростном шлифовании существенно возрастает опасность разрыва круга от центробеж­ной силы.

Существует много различных конструкций, позволяющих произ­водить автоматическую балансировку круга во время его вращения

на станке.

Балансировка круга на станке имеет следующие преимущества.

1. Не требуется снимать круг для балансировки после первой правки и после износа из-за неравномерной структуры. Снятие, уста­новка и балансировка круга вне станка занимают значительное время. Это ведет к тому, что круги после установки их на станок редко балан­сируют повторно, что ухудшает условия шлифования и снижает долговечность шпинделей.

2. Балансировка производится во время вращения круга и позво­ляет постоянно контролировать величину дисбаланса на самом станке.

3. Использование балансировочных устройств непосредственно на шлифовальных станках позволяет обеспечить тонкую и точную балансировку круга с дисбалансом около 25 г. см, в то время как прн статической балансировке дисбаланс достигает 70 г. см, неправильная установка круга на планшайбе может привести к дополнительному дисбалансу.

На круглошлифовальиых станках применяют различные устрой­ства для быстрой и точной автоматической балансировки кругов. Пример такого устройства приведен на рис. 32. На конце шпинделя 3 круга 5 расположена распределительная муфта /, через которую по­дается масло в цилиндр 6. В результате вращения вправо или влево гидравлического краиа управления происходит поворот поршня 7 цилиндра 6 для грубой первоначальной балансировки круга. Вели­чину дисбаланса определяют по прибору, установленному на столе станка и измеряющему интенсивность вибраций. Точная баланси­ровка круга до величины 25 г-см дисбаланса происходит после поворота вправо или влево второго гидравлического краиа управ­
ления, действующего на поршень 8, который, перемещаясь радиально (вверх или вниз), осуществляет точную балансировку, величина которой также определяется по прибору. Сбалансированное поло­жение круга фиксируется посредством зубчатых штоков 4 и 2.

Одним из факторов, сдерживающих внедрение скоростного шли­фования, является высокий уровень вибраций станка под действием дисбаланса шлифовального круга. Поэтому особую важность приоб­ретают работы по созданию и внедрению автоматических баланси­рующих устройств, способных производить дополнительную балан­сировку шлифовального круга на ходу в процессе шлифования.

Управляемое балансирующее устройство было изготовлено на Московском заводе автоматических линий им. 50-летия СССР (рис. 33). Устройство работает следующим образом. Корректирую-

6

щие массы 11 и 12 выполнены в форме колец и могут свободно вра­щаться в планшайбе шлифовального круга. Дисбаланс каждой из двух корректирующих масс равен 5000 г-мм. Перемещаются кор­ректирующие массы зубчатым колесом 13, которое входит в зацепле­ние с рычагами второго или первого кольца при движении поршней 4 или 5. Вращение зубчатого колеса 13, а с ним н одного из колец 11 и 12, производится шпинделем станка через запрессо­ванную в шкив шестерню 2, связанную с зубчатым колесом 10. Муфтами 6 и 9 включаются соответственно в зацепление зубчатые колеса 7 или 8. При зацеплении колеса 7 с шестерней 3 шестерня вращается несколько быстрее шпинделя и также быстрее вращаются связанный с ией через шпонку вал и зубчатое колесо 13. При зацеплении с шестерней 3 колеса 8 шестерня 3 начинает вращаться с угловой скоростью несколько меньшей, чем шпиндель, и вал 1 вра­щается медленнее. Так осуществляется реверсивное перемещение корректирующих масс. Устройство обеспечивает хороший доступ к шлифовальному кругу, исключает попадание абразивных частиц и СОЖ в механизм.

При шлифовании дорожек качения колец подшипников на стан­ках-автоматах снижение вибраций до величины 0,5 мкм позволило

повысить производительность обработки в среднем на 20 % (и выше) и уменьшить вероятность появления прижогов на шлифуемых по­верхностях. Уменьшились параметр шероховатости с 0,95 мкм до 0,63 и волнистость дорожки качения роликоподшипников в среднем с 2,5 мкм до 0,9 мкм. При этом огранка обработанных поверхностен

составила в среднем 0,5—0,6 мкм, а некруглость колец подшипников не превысила 1,2 мкм. Такое улучшение точностных параметров подшипников способствует увеличению их долговечности и повыше­нию рабочих характеристик.

Рис. 34. Автоматизация балансировки шлифовального круга по сигналам датчика давления

На рис. 34 представлено устройство, осуществляющее автома­тическую балансировку шлифовального круга по сигналам датчика давления. В исполнительном устройстве имеются два электрических микродвигателя, которые вращаются вместе с кругом и перемещают балансировочные грузы во взаимно перпендикулярных направлениях. На рисунке показана схема управления только одним двигателем, управление другим — аналогично. Датчиком служит гидростати­ческий подшипник /, давление жидкости в карманах которого зави­сит от радиального усилия на круге. Давление в карманах пере­дается через трубки 2 на два сильфона 3, которые измеряют разность

давлений в противоположных карманах. Разность преобразуется в смещение якоря 4 индуктивного преобразователя 5 и соответст­венно в электрический сигнал. Сигнал усиливается усилителем 6 и подается через контактные щетки 7 и коллектор 8 на исполнитель­ный двигатель 9, который, вращаясь, перемещает балансиро­вочный груз 10 в нужном направлении. Давление в другой паре карманов выравнивается точно таким же образом. Указанная система позволяет регулировать радиальное давление круга на обрабатывае­мое изделие и гасит вибрации, обусловленные дисбалансом круга.

Применение системы, которая ликвидирует дисбаланс путем пере­распределения массы вращающегося круга исключает потери времени.

Пример балансировочного приспособления показан на рис. 35. Корпус приспособления состоит из четырех деталей 8, 9, 17 и 19, скрепленных винтами 15. Корпус прикрепляется винтами 16 к наруж­ному фланцу круга.

В полости, образованной деталями 8, 9, 17, находятся балан­сировочные грузы 10 и 14, а в другой полости, образованной деталями 10 и 19, помещен механизм для совместного вращения этих грузов вокруг оси шлифовального круга с разными скоростями, что одновре­менно приводит к угловому смещению одного груза относительно другого. При таком движении грузов их общий центр тяжести вращается вокруг оси шлифовального круга и одновременно сме­щается по радиусу, т. е. движется по архимедовой спирали.

Шлифовальный круг считается отбалансированным тогда, когда в результате перемещения обоих грузов их общий центр тяжести расположится диаметрально противоположно утяжеленной части круга на нужном расстоянии от оси вращения круга. Механизм
для осуществления движений грузов устроен так, что они могут вра­щаться относительно оси шлифовального круга в одну или другую сто­рону, причем в одну сторону быстрее, чем в другую. Приспособле­ние приводят в действие с помощью маховиков 21 и 23, удерживая пальцами руки тот или другой неподвижно при вращении круга с приспособлением.

При остановке маховика 23 останавливается и укрепленная на одном валу с ним шестерня 7. Так как весь остальной механизм вращается, то шестерня 5, сцепленная с шестерней 7, обкатывается вокруг последней, вращаясь при этом вокруг своей оси. С шестер­ней 5 вращается червяк 4, сцепленный с червячным колесом 2, вместе с которым вращается другой червяк /. Последний передает вращение шестерне 18, на которой закреплен шпонкой 11 груз 10. Шестерня 18 находится в зацеплении с шестерней 25, вместе с которой вращается шестерня 24. Последняя вращает шестерню-валик 12, на которой шпонкой 13 укреплен груз 14.

Передаточные числа между шестерней 7 и грузами 10 и 14 та­ковы, что за один оборот механизма груз 10 делает 0,99559 обо­рота, т. е. поворачивается относительно механизма и шлифоваль­ного круга на 0,00441 оборота, а груз 14 делает 0,99563 оборота. Таким образом за один оборот круга с приспособлением груз 10 опе­режает груз 14 на 0,99563 — 0,99559 = 0,00004 оборота.

Полный оборот относительно круга груз 14 сделает за 1 /0,00441 = = 225 оборотов круга, причем тогда грузы сместятся один относи­тельно другого на 0,00004X225 = 0,009 оборота или на угол 360Х X 0,009 = 3,35°. Если остановить маховик 21, то остановится и скреп­ленная с ним шпонкой 22 шестерня 20. Последняя через паразит­ное колесо 3 сцеплена с шестерней 6, вместе с которой вращается червяк 4.

Таким образом, при обкатывании паразитного колеса 3 вокруг остановленной неподвижно шестерни 20 будет вращаться червяк 4 и через передачу приведет во вращение грузы 10 и 14. Однако, так как в передаче к червяку 4 теперь имеется паразитное колесо 3, а шестерни 20 и 6 имеют другое передаточное число, то грузы будут вращаться в обратную сторону и с другой скоростью. Скорость вра­щения грузов при остановке маховика 21 в два раза больше, чем при остановке маховика 23.

Если рабочий замечает, что наилучшее положение центра тя­жести грузов пройдено, ои берется за второй маховик 21, возвращая балансирующие грузы в положение наилучшей отбалансирован — ности. На балансировку затрачивается 3—5 мин.

Фирмой «Хофман» (ФРГ) разработана оригинальная конструк­ция устройства «Гидрокомпенсер» к круглошлифовальным станкам, позволяющая производить балансировку шлифовального круга не­посредственно на станке. Устройство состоит из смонтированного на шпинделе шлифовального круга кольцевого резервуара с располо­женными внутри камерами, электронного измерительного прибора с датчиком колебаний, блока сопл и блока клапанов.

Принцип действия устройства (рис. 36): имеющийся дисбаланс шлифовального круга вызывает колебания шпинделя, которые воспри­нимаются датчиком колебаний, передающим с помощью электрон­ного прибора команду блокам сопл и клапанов. В камеры кольце­вого резервуара впрыскивается необходимое количество жидкости и тем самым компенсируется дисбаланс круга. В качестве рабочей жидкости может быть использована применяемая на станке ох­лаждающая жидкость.

Имеющийся дисбаланс шлифовального круга 7 вызывает меха­нические колебания, которые через шпиндель 8 и его опоры пере­даются на станок. Датчик колебаний /, который следует по возмож­ности устанавливать над шпиндельной опорой, расположенной вблизи шлифовального круга, преобразует механические колебания в электрические сигналы.

Электронный прибор 3 показывает имеющийся дисбаланс, раз­ложенный по четырем составляющим в соответствии с четырьмя уравновешивающими камерами кольцевого резервуара. Одновремен­но подаются сигналы четырем магнитным клапанам блока клапа­нов 5. Соответственно значениям дисбаланса из центральной ем­кости 4 через четыре сопла блока сопл 2 впрыскивается жидкость

Рис. 36. Автоматизация балансировки шлифовального круга фирмы «Хофман»

в соответствующие камеры кольцевого резервуара 6. Впрыскивание осуществляется без механического прикасания через четыре звездо­образно смонтированные на кольцевом резервуаре шлица, направлен­ные радиально друг против друга, каждый из которых связан с определенной камерой. Жидкость, впрыснутая в ту или иную камеру, благодаря действующим на нее центробежным силам, остается в камере до отключения станка. При остановке станка кольцевая емкость опорожняется.

Достигаемая этим способом точность балансировки достаточно высокая и может быть еще выше, если собственные вибрации станка незначительны. Время балансировки в зависимости от диаметра круга и его дисбаланса колеблется от нескольких секунд до двух минут.