ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ ПРИ ШЛИФОВАНИИ И ПУТИ. ЕЕ ПОВЫШЕНИЯ

Степень приближения размеров, формы и взаимного положе­ния обработанных поверхностей к величинам, заданным в чер­теже, характеризует точность обработки. Отклонения располо­жения и формы реальной поверхности или профиля от геометри­ческой формы или заданного положения регламентированы ГОСТом 10356—63; отсчет отклонений осуществляют от приле­гающей поверхности или прилегающего профиля.

Расхождение между фактическим состоянием детали и ее за­данной формой следует рассматривать как следствие несовершен­ства процесса обработки, поэтому необходимо выявить влияние отдельных технологических факторов. Следует помнить, что с повышением требований к точности возрастает стоимость обра­ботки. Однако появление новых инструментов и методов обра­ботки обеспечивает периодическое снижение стоимости обработ­ки при заданной точности.

Эксплуатационные свойства поверхности деталей зависят от микрогеометрии, волнистости и макрогеометрии. Влияние шеро­ховатости на работоспособность сопряженных деталей обычно ограничивается периодом приработки, влияние же макрогеомет­рических погрешностей и волнистости оказывается на более дли­тельном периоде работы машины. Измерению и устранению этих погрешностей уделяется большое внимание. Измерение цилинд­рических поверхностей двухточечным методом не позволяет вы­явить отклонения формы. Трехточечное измерение гранности с применением призмы также имеет недостатки (результат изме­рения зависит от числа граней, погрешности базовых поверхно­стей и др.). Для установления характера отклонений поверхно­сти от правильной формы необходимо измерение текущих значе­ний радиусов-векторов от оси вращения детали на специальном измерительном приборе. Результаты измерения профиля сечения тела вращения записываются на контурограмме. Величины ра­диусов-векторов отсчитываются от центра вращения и фикси­руются в полярных координатах на бумажном диске. Проверяе­мую деталь устанавливают на столе прибора и в процессе на­стройки точно центрируют. Для облегчения чтения контурограм — мы имеется прозрачная пластинка с серией концентрических окружностей. Запись отклонений профиля производится с уве — 102 личением до 10 000 раз в зависимости от размера. Отсчет на кон — турограмме значений для 12 радиусов-векторов позволяет раз­ложить исследуемый профиль в тригонометрический ряд.

Часть отдельных источников погрешностей в общем балансе точности выполнения размеров по данным ЭНИМСа при обра­ботке на шлифовальных станках приведена в табл. 19.

Таблица 19 Доля отдельных источников погрешностей в общем балансе точности Основные источники погрешностей Характер влияния источника погрешностей на точность Доля погреш — ностей по отно­шению к вели­чине допуска (в процентах) Неточности установки инструмента Прямое 10—60 Силовые деформации Косвенное в зависимости 10—70 (Тепловые деформации от жесткости системы Прямое 5—60 Погрешности измерения То же 10—15 Деформации детали вследствие я До 50 внутренних напряжений До 30 Износ инструмента „ Колебания температуры помеще- Косвенное и прямое До 25 ний Случайные причины Косвенное и прямое До 20

Точность выполнения размеров. Получение заданных разме­ров может осуществляться пробными проходами, автоматиче­ским получением размера при работе до упора и с применением измерительно-управляющих устройств. При получении размера пробными проходами может быть достигнута высокая размер­ная точность, ограничиваемая главным образом чувствительно­стью применяемых измерительных устройств и лимба для отсче­та перемещений. Основной недостаток способа — наличие руч­ной работы и рост затрат времени.

При работе до жесткого упора на. точности выполнения раз­мера сказываются износ и изменение режущей способности кру­га за период его стойкости, тепловые и силовые деформации станка и обрабатываемой детали. Поэтому работа до упора мо­жет обеспечить точность обработки 2 а и 3 классов. В тех слу­чаях, когда размерная стойкость круга ниже периода его стой­кости по режущей способности, возникает необходимость в спе­циальных устройствах для компенсации размерного износа кру­га. К таким устройствам можно отнести подналадчикй. Подна­ладчик — измерительное устройство, которое, воздействуя на исполнительный механизм станка, изменяет относительное поло-

юз

жение круга, когда размер детали выходит за заданные границы внутри поля допуска. Роль подналадчика заключается в том, чтобы перемещать положение центра группирования в уста­новленное при первичной наладке положение. Подналадчики имеют обратные связи, которые необходимы для постоянного поддержания соответствия между регулирующим и возмущаю­щим воздействиями. Для автоматической компенсации износа кругов используют также устройства, осуществляющие правку круга, при этом круг подают на алмаз.

Погрешность обработки с применением подналадчика состав­ляется из поля рассеяния случайных погрешностей обработки и измерительного устройства и величины, на которую перемещает­ся исполнительный орган станка при срабатывании подналад­чика. Чем больше поле рассеяния при том же поле допуска, тем чаще необходимо делать подналадку.

Исследование точности обработки при шлифовании [92] пока­зало зависимость рассеяния размеров от поперечной подачи (рис. 55) при работе с выхаживанием (штриховая линия) и без

выхаживания (сплошная линия). Выхаживание осуществлялось посредством реле времени без размерного контроля. Увеличение рассеяния размеров при выхаживании объясняется непостоян­ством отжатий перед выхаживанием и отсутствием измерения после выхаживания. При выхаживании с размерным контролем изменение размеров показано на рис. 5 штрих-пунктиром. Рас­сеяние размеров уменьшается с увеличением жесткости системы (рис. 56). При врезном шлифовании и работе до упора измене­ние размерной точности меньше зависит от режима шлифова­ния и больше от тепловых деформаций и размерного износа круга.

С целью автоматического получения размеров детали приме­няют устройства для измерения детали непосредственно в про­цессе обработки либо для измерения перемещения узла станка, определяющего выполняемый размер (косвенное измерение). Способ прямого измерения обеспечивает более высокую точность выполнения размеров. При этом исключается влияние деформа­ции детали, износа круга, тепловых и силовых деформаций уз­лов станка и т. п. Величина погрешности измерения определяет основную часть погрешности обработки.

Влияние установки и закрепления детали. Установка в цент­рах. Одним из условий, обеспечивающих точность обработки, является точность выполнения центров и центровых отверстий в деталях. При некруглых центрах или центровых отверстиях де­тали не имеют достаточной опоры и, смещаясь под действием сил шлифования, копируют неточности центровых опор, что при­водит к некруглости детали и эксцентриситету. На точность уста­новки влияют также несовпадения углов конусности отверстий и центров, их несоосность и непараллельность, что приводит к конусности или вогнутости образующей обрабатываемой поверх­ности. При прецизионном шлифовании некруглость центра долж­на быть не выше 1 мк. Упорные центры должны шлифоваться на станке с помощью точных приспособлений.

При применении центровых отверстий с прямолинейной обра­зующей трудно обеспечить точное сопряжение конуса центрово­го отверстия и центра, что ведет к снижению точности обработ­ки. За рубежом начинают применять центровые отверстия с вы­пуклой образующей несущего конуса и без предохранительной фаски, например, DJN 332. Преимущества такого центрового от­верстия — нечувствительность к угловым погрешностям центра, лучшее удержание смазки, небольшая погрешность установки и отсутствие предохранительной фаски.

Влияние одностороннего хомутика. Для передачи вращатель­ного движения от шпинделя станка к детали — применяют повод­ковые хомутики. При этом возникают силы между поводковым пальцем и хомутиком, между хомутиком и деталью, между пе­редним центром станка и обрабатываемой деталью. Сила между хомутиком и поводком через планшайбу передается на шпин­дель станка, вызывая отжатие переднего центра относительно — шпинделя. Следовательно, происходит отжатие детали под дей­ствием переменной горизонтальной силы, что вызывает некруг­лость. Эта погрешность может быть снижена в результате увели­чения жесткости переднего центра относительно шпинделя стан­ка, а также вследствие применения двухплечевого поводка.

Оправки с гидропластом. Для повышения точности установки детали также для снижения деформации при зажиме применяют оправки с гидропластическим или гидравлическим зажимом. Одна из конструкций такой оправки приведена на рис. 57, при

этом отпадает необходимость в хомутике. Отличительной ее осо­бенностью является то, что закрепление детали (разжим оправ­ки) совмещено с установкой в центрах. При этом не только по­вышается точность, но и сокращается время обработки.

При зажиме тонкостенных деталей иногда применяют мем­бранные патроны. К торцу мембраны прикладывают силу, под действием которой торец мембраны деформируется и зажимные кулачки, связанные с торцом мембраны, расходятся, вследствие

Рис. 57. Разжимная оправка с гидропластом: Г — корпус; 2—втулка; 3—плунжер; 4 н 5—втулки; 6—шток

чего расстояние между кулачками увеличивается на некоторую величину. Если вставить между ними деталь и прекратить дей­ствие силы на торец мембраны, то деталь окажется зажатой. Число зажимных кулачков 10—20 и более. Зажимные кулачки шлифуют до размера, превышающего размер шлифуемой дета­ли на 0,03—0,05 мм. Одновременно шлифуют три штифта, слу­жащие для установки детали по торцу.

Установка на неподвижных опорах. При установке детали в патроне имеют место погрешности, связанные с биением пат­рона и непостоянством положения его оси вращения. Для исклю­чения погрешности установки и повышения точности, соосности и др. в последнее время находит применение установка деталей на неподвижные опоры с поджимом детали двумя роликами по торцу силой трения либо с помощью магнитного патрона (рис. 58). Давление со стороны шлифующего круга воспринима­ется задней опорой, в которую упирается деталь. Силы трения, возникающие между вращающейся планшайбой станка и де­талью, используют для вращения и поджима ее к опорам. Для этого оси вращения планшайбы и детали смещаются (эксцентри­ситет в пределах 0,1—0,5 мм). При наружном шлифовании с установкой на неподвижных опорах возможно базирование де­тали по наружной обрабатываемой поверхности и в отдельных случаях — по внутренней поверхности (например, при деталях типа втулок, гильз).

Преимуществами способа установки на неподвижных башма­ках являются: а) удобство и стабильность наладки в резуль­тате простоты конструкции приспособления; б) снижение погреш­ностей обработки по некругло — сти и разностенности до до­лей мк в) снижение влияния на точность и шероховатость ради­ального биения в опорах шпин­деля изделия, разгрузка шпинде­ля изделия от радиальных нагру­зок; г) снижение вспомогатель­ного времени на установку и снятие деталей; д) возможность обработки наружной (или внут­ренней) круглой поверхности и торца с одной установки.

Обеспечение постоянства по­ложения оси станочного шпинде­ля. Ось обработанной поверхно­сти на круглошлифовальном станке совпадает с осью враще­ния детали. Чем больше зазор в опорах шпинделя, тем больше возможное перемещение оси вра­щения шпинделя и погрешность формы, тем ниже точность обработки. Повышение точности вращения шпинделя зависит от точности выполнения опор, шеек шпинделя и от регулирова­ния зазоров. Основное требование к подшипникам шпинделя — обеспечение точного и плавного вращения шпинделя при тре­буемых скоростях и нагрузках.

К подшипникам качения, применяемым в опорах быстроход­ных шпинделей, предъявляются высокие требования точности (классы А, В и С). Быстроходные шпиндели обычно монтируют на шарикоподшипниках с предварительным натягом. Основные достоинства таких шпинделей: а) повышение жесткости шпин­дельного узла; б) неточности изготовления шариков и беговых дорожек и отсутствие влияния величины деформаций предвари­тельного натяга на работу шпинделей; в) приработка шариков и беговых дорожек происходит в направлении исправления их формы и улучшения качества. Подшипники скольжения широко применяют в шпиндельных опорах шлифовальных станков. К до­стоинствам таких подшипников можно отнести способность демпфировать колебания. К недостаткам — возникновение жид­костного трения, возможного после достижения определенной критической скорости вала. Стремление обеспечить неизменность положения оси шпинделя привело к созданию ‘ПОДШИПНИКОВ скольжения с несколькими масляными клиньями, расположенны­
ми симметрично относительно центра вала. По сравнению с одноклиновыми подшипники с несколькими клиньями обеспечи­вают высокую жесткость несущего масляного слоя, устойчивое вращение шпинделя при малых внешних нагрузках и больших скоростях скольжения, позволяют регулировать величину диа­метрального зазора без искажения формы рабочих поверхно­стей, имеют более низкую температуру вследствие лучших усло­вий теплоотвода, что позволяет работать с большими скоростя­ми скольжения при относительно малых диаметральных зазо­рах. Наиболее работоспособной является конструкция подшип­ника с вкладышами, имеющими возможность самоустанавливать — ся как в направлении вращения, так и вдоль оси шпинделя. Последнее позволяет избежать кромочных давлений, вызывае­мых несоосностью рабочих поверхностей и упругими деформа­циями шпинделей, и обеспечить в подшипнике надежное жид­костное трение в большом диапазоне скоростей.

Для устранения износа при пуске [21] и останове подшипни­ка скольжения применяют гидростатические подшипники, где вал находится во взвешенном состоянии в жидкой несущей среде (рис. 59). Гидростатический подшипник работает следующим образом. Если под действием нагрузки шпиндель приблизится к

стенке корпуса подшипника, то в этом месте уменьшится зазор, что со­ответствует увеличению местного со­противления. При этом в противопо­ложных камерах давление снизится и возникает система сил, которая будет стремиться вернуть шпиндель в ис­ходное положение. Радиальные зазо­ры между шпинделем и вкладышем составляют 30—40 мк, причем обеспе­чивается полное разделение трущихся поверхностей слоем масла и низкий коэффициент трения.

Опоры на аэростатических под­шипниках. В последнее время прово­дятся работы по замене жидкости сжатым газом [75]. Подшипники с га­зовой смазкой перспективны при вы­соких числах оборотов шпинделей, так как в этой зоне примене­ние подшипников качения ограничивается возрастанием дина­мических напряжений, а применение подшипников скольжения лимитируется высокой вязкостью смазывающих жидкостей. Так как вязкость газов во много раз меньше вязкости жидкостей, применяемых для смазки, то в подшипниках с газовой смазкой снижаются потери мощности и выделение тепла в опорах. Что­бы обеспечить создание газовой подушки с достаточной несу-

щей способностью, средний зазор между валом и втулкой дол­жен иметь минимальный зазор в пределах 10—30 мк. Находя­щийся в зазоре газ захватывается при вращении вала его рабо­чей поверхностью, вгоняется в суживающийся зазор и сжимает­ся. Вследствие этого давление в смазочном слое возрастает, шейка вала отделяется от подшипника и вал всплывает на упругой газовой подушке.

Преимущества аэростатических опор: 1) малый коэффициент трения (меньше гидростатического), при этом снижается выделе­ние тепла; 2) полное разделение трущихся поверхностей слоем •сжатого воздуха; 3) повышение точности вращения шпинделя на •основе механизма уравнивания давления в карманах; 4) сни­жаются эксплуатационные расходы, отсутствуют детали ставка, которые изнашиваются и требуют замены, нет необходимости в дополнительной регулировке; 5) увеличивается период стойкости шлифовального круга, уменьшается засаливание круга, снижа­ется потребность в правке круга.

Повышение плавности малых перемещений. Для работы шли­фовальных станков большое значение имеет повышение точно­сти малых периодических подач и устранение неравномерности малых перемещений [21]. Неплавность малых перемещений объ­ясняется переменностью величины сил трения покоя и движения на направляющих станка, что вызывает явление скачкообразно­го перемещения с чередованием «прилипания—проскальзыва­ния». Прилипание обусловлено высоким статическим трением между поверхностями, а проскальзывание — более низким кине­матическим трением при ‘скольжении. Повышение точности и равномерности малых перемещений достигается увеличением жесткости привода и уменьшением разности сил статического и кинематического тре­ния. Уменьшение раз­ности сил статиче­ского и кинемати­ческого трения до­стигается примене­нием направляющих качения вместо на­правляющих сколь­жения, применением в трущихся парах пластмасс, гидроста­тической системы сма­зки направляющих и специальных смазок.

Оригинальный механизм микроподачи применен на прецизи­онном круглошлифовальном станке мод. 3E153 (рис. 60). Непре­рывное вращение электродвигателя или поворот храпового коле-

са на заданный угол преобразуется ‘посредством червячных пе­редач, винта 3, передающего движение двум рычагам и качаю­щемуся корпусу шлифовальной бабки 1, подвешенной на шарни­ре, выполненном в виде пружинного креста 2. Такой механизм микропередачи обеспечивает минимальное импульсное переме­щение в 0,1 мк и минимальную скорость врезной подачи

Рис. 62. Зависимость нецилиндрич-
ности t от количества подаваемой
жидкости л/мин (по В. П. Брам-
мерцу. Условия:

шлифовальный круг ЭБ25СМ2: v

-18 м/мин; t>K=28 місек; tMvrj=0,8 мм/мин

0, 02 мм/мин, при этом подача осуществляется плавно, а скачки отсутствуют. Применение упругого элемента в шарнирной опоре шлифовальной бабки исключает внешнее трение и зазоры в со­единении и обеспечивает высокую чувствительность.

Влияние тепловых деформаций. В шлифовальной бабке круглош лифов а лыюго станка мод. 3151 выделяется [4]

0,2 ккал/сек теплоты, в гидравлической системе — 0,27 ккал/сек, в системе охлаждения эмульсии и при резании — 0,96 ккал/сек, в бабке изделия — 0,03 ккал/сек. Наибольшее количество тепло­ты в станках выделяется при трении в подшипниках главного шпинделя, в гидравлической системе и при резании. Эта тепло­та может вызывать дефекты станины и нарушать пространствен­ное положение узлов, закрепленных на ней. По данным ЭНИМС погрешности от тепловыделения во многих случаях более зна­чительны, чем от других причин.

На рис. 61 показано ‘изменение расстояния между бабкой круга и столом, а также между бабками изделия и круга от теп­ловых деформаций, что вызывает изменение размеров при шли­фовании до упора. На рис. 62 показана зависимость нецилинд — ричности от количества рабочей жидкости, подаваемой в едини­цу времени. С увеличением количества жидкости с 8 до 36 л/мин нагревание детали снижается с 58 до 25° С. При этом неци — линдричность снижается с 26 до 9 мк.

по

В шпиндельных опорах прецизионных станков теплообразо­вание должно быть минимальным. Поэтому в быстроходных шпиндельных опорах прецизионных станков применяют мало­вязкие масла. Масляный туман образуется посредством распы­ления струи масла. Подача в подшипники масляного тумана спо­собствует снижению температуры, так как прогоняемый воздух уносит теплоту трения. При механическом способе масло под высоким давлением (до нескольких десятков атмосфер) распы- ливается в газовую среду, имеющую небольшую скорость исте­чения, при пневматическом — начальная скорость масла невели­ка и распыление происходит в потоке газа.

Для снижения тепловых деформаций используют автомати­ческое регулирование температуры либо в результате охлажде­ния, либо в результате начального нагрева. Охлаждение масла и стабилизация его температуры могут осуществляться с помощью холодильных установок (фреоновых, аммиачных и др.) или воз­душно-масляных радиаторов. Лучшие результаты достигаются при автоматическом регулировании температуры и начальном нагреве масла [76]. Так, в плоскош лифов а л ьном станке для об­работки направляющих мод. 20 FS2525 поддержание темпера­туры жидкости на уровне температуры окружающей среды до­стигается применением специального стабилизирующего термо­стата, который включает и выключает нагреватель. Выделение теплоты вызывает деформацию обрабатываемой детали.

На Горьковском заводе фрезерных станков исследовали тем­пературные деформации при шлифовании торцом круга стола и станины консольно-фрезерного станка. Опыты показали, что уже после, пяти-семи проходов температура шлифуемой поверх­ности возрастает до 40—50°, при этом разность температур шли­фуемой и противоположной стороны детали составляет 25—35°. В результате возникает изгиб выпуклостью в сторону обрабаты­ваемой поверхности. После остывания обработанная поверхность становится вогнутой.

При высоких требованиях к точности обработки прецизион­ные шлифовальные станки устанавливают в специальных поме­щениях, где поддерживают постоянную температуру. Номиналь­ная температура 20°С. Влажность воздуха —55±5%’. Институ­том «Гипростанок» рекомендуется следующий температурный режим в цехах и участках прецизионного станкостроения:

Участки обработки	Допустимое отклонение температуры от номн-
	нала в град
Предварительной механической обработки Окончательной обработки деталей повышенной точ-	±3
ности……………………………………………………	+ 1
Окончательной обработки особо точных деталей	±0,5

ill

Погрешности обработки, вызванные силовыми деформация­ми. Под действием сил резания технологическая система упруго деформируется, вследствие чего форма и размеры обрабатывае­мой детали изменяются. Деформации технологической системы зависят от ее жесткости. Жесткость — способность упругой си­стемы оказывать сопротивление действующим силам. Жесткость станка складывается из собственной жесткости отдельных дета­лей и из контактных жесткостей стыковых соединений. Собствен­ная жесткость задается конструктором в процессе конструирова­ния станка. Контактная жесткость стыкования соединений зави­сит от качества изготовления и сборки станка и условий его эксплуатации. Жесткость технологической системы зависит от взаимного положения ее отдельных элементов. При последова­тельном расположении упругих элементов податливость систе­мы равна сумме податливости отдельных элементов системы. Отсюда следует, что жесткость такой системы всегда ниже жесткости самого слабого ее звена и что наиболее благоприят­ное значение жесткости системы достигается при равенстве жесткостей всех ее элементов.

Баланс жесткости станков шлифовальной группы показывает, что деформации шпинделя, его опор и бабки ‘составляют подав­ляющую часть деформаций, возникающих в процессе обработки. Повышение жесткости станков достигается прежде всего вслед­ствие повышения жесткости опор шпинделей и механизмов подач. Жесткость изменяется с нагревом станка. Так, например, экспе­риментально установлено увеличение жесткости при нагреве станка мод. 3510 на 40—50%.

Следует различать статическую ССТат и динамическую жест­кость Сдин■ По Э. Салье

С dull hCci

где Я — коэффициент динамичности.

Динамическая жесткость может быть как больше, так и мень­ше статической. В условиях переменной нагрузки значительной частоты контактная жесткость їв отдельных случаях повышает­ся [41] в 2 .раза, что связано е появлением сил трения и повыше­нием жесткости масляных слоев (повышение. сопротивления мас­ла выдавливанию). Н. М. Капустин исследовал жесткость бес­центровошлифовального станка мод. СБШ-01. Статическая жесткость шпинделя шлифуемого круга составляла 1850 кГ/мм, а жесткость шпинделя ведущего круга— 1250 кГ/мм. Сумарная статическая жесткость станка составляла 750 кГ/мм. Динамиче­ская жесткость шпинделя шлифуемого круга составляла 2500 кГ/мм, а жесткость шпинделя шлифуемого круга составля­ла 1400 кГ/мм. Суммарная динамическая жесткость станка со­ставляла 900 кГ/мм. Таким образом, динамическая жесткость

шпинделя шлифовального круга свыше. статической жесткости на 35%, ведущего круга на 12% и суммарная жесткость станка выше на 20%. Увеличение жесткости узлов И станка в целом Н. М. Капустин объясняет наличием масляных клиньев в под­шипниках и влиянием гироскопического эффекта.

Исследование жесткости внутришлифовальных станков, вы­полненное В. А. Елисеевым, показало: жесткость станка в стати­ческом состоянии 830 кГ/мм, в динамическом состоянии 445 кГ/мм. По данным Чалого-Прилуцкого [53], динамическая жесткость желобошлифовального станка в 2—2,5 раза ниже, чем статическая жесткость. С увеличением жесткости системы сни­жаются отжатия и сокращаются погрешности обработки; сокра­щается время на исправление исходных погрешностей, на созда­ние натяга системы при врезании и на выхаживание; повышает­ся предел виброустойчивости станка. Жесткость системы изме­няется в зависимости от положения точки приложения сил реза­ния, что вызывает непрямо линейность образующей обрабатывае­мой поверхности.

Проанализируем погрешности в. поперечном сечении детали. На рис. 63 представлена зависимость некруглости от поперечной подачи при обработке кругом Э40 СТЗК.5, скорость круга 35 м/сек и скорость детали 21 м/мин. На рис. 64 показана зави­симость нецилиндричности и некруглости от подачи. на глубину. Исследование показало [16], что при больших минутных попереч­ных подачах с увеличением скорости вращения детали снижает­ся некруглость, что объясняется изменением глубины резания при одном обороте детали. При малых подачах (до 0,5 мм/мин) глубина. резания незначительна и потому ее изменение не ока­зывает влияния на некруглость формы (рис. 65). Эти. выводы на­ходят. подтверждение в исследовании П. X. Браммерца [58] (рис. 66).

При выхаживании. погрешности по некруглости уменьшаются, при этом уменьшение некруглости формы происходит в основном в первые 10 сек. Исследование X. Шуллера [92] показало, что удлинение времени выхаживания повышает точность формы, а режим обработки на начальном этапе не влияет на конечную точность обработки. Время выхаживания снижается с увеличе­нием жесткости системы, режущей способности круга и со сни­жением поперечной подачи на этапе установившегося процесса. Рассеяние размеров при выхаживании уменьшается с увеличе­нием жесткости системы.

Изменение макрогеометрии исследовалось [16] за период стойкости круга. На рис. 67 представлены макроирофилограммы, снятые с поверхностей деталей, обработанных в разное время на протяжении периода стойкости круга.

Конусность шлифованной поверхности зависит от установки стола, правильности выбора перебега круга за край детали и от

из

Рис. 63. Зависимость некруглости (в лік) от поперечной подачи s (мм/мин) по Комиссаржевской. Условия экспе­римента: круг 40СТЗ: ок-35 м/сек; о. -21 Ml мин

Рис. 65. Зависимость некруглости (в мкм) от скорости детали vg:

Рис. 66. Зависимость некруглости (в мк) от скорости детали: I—без выхаживания; 2—с выхажива­нием (по П. X. Браммерцу). Условия эксперимента; круг ЭБ25СМТ — v к— -28 м/сек; t -0.8 мм/мин, d —28,6 мм

 

а — при разных величинах минутной поперечной подачи (по Комиссаржев­ской). Условия эксперимента: круг

Э25СТ1К; V —35 м/сек; /-5-0,5 жж/жин;
2—5—1.0 мм/мин; 3—s -=1,5 мм/мин

жесткости упорных центров станка. Точность взаимного располо женин оси обрабатываемой детали и направляющих стола не-

В)

а — после второй детали; б — после десятой детали; в — в конце периода
стойкости, при сильном дроблении

постоянная в. процессе работы станка ввиду неравномерности нагрева отдельных узлов станка и других причин. В связи с этим приходится корректировать положения обрабатываемой детали путем поворота верхнего стола вокруг вертикальной оси. Пово­рот стола на небольшой угол при наличии зазоров в устройстве для поворота и без соответствующего навыка занимает много времени. На некоторых круглошлифовальных станках новой кон­струкции предусмотрено специальное устройство [21] для автома­тического регулирования цилиндричкости детали.

Исправление исходных погрешностей при шлифовании. Точ­ность обработки зависит также от погрешностей формы до шли­фования, поэтому необходимо проанализировать исправление исходных погрешностей при шлифовании. Представим себе, что обрабатываемая поверхность детали, установленная на станке, является некруглой (в поперечном сечении) и нецилиндрической (в продольном сечении). Некруглость и нецилиндричиость шли-

фуемой поверхности вызывается неточностью предшествующей обработки н погрешностью установки детали при обработке. Исходная погрешность Д0 характеризуется в этом случае разно­стью между максимальным Атах и минимальным fln. iT, значения­ми радиуса вектора, отсчитанными от оси вращения:

До ~ Атах Amin*

Исходная погрешность До характеризует также неравномер­ность распределения припусков, удаляемую при шлифовании. При наличии исходных погрешностей формы круг начнет сни­мать слои металла с выступающих участков обрабатываемой поверхности. С начала съема металла на этих участках в техно­логической системе постепенно будет создаваться натяг, но нара-

Рис. 68. Изменение исходных погрешностей на этапе врезания при внут­реннем шлифовании.

/—технологическая система средней жесткости; 2 — технологическая система повы-
шенной жесткости

стание натяга системы во времени и изменение интенсивности съема металла в разных направлениях будут различными. Если бы технологическая система была абсолютно жесткой, накоплен­ный съем металла во времени ограничился бы удалением высту­пающих участков на обрабатываемой поверхности.

Основными показателями процесса уменьшения исходной по­грешности по всем этапам рабочего цикла шлифования являют­ся: А — текущее значение погрешности формы, т — время, в те­чение которого достигается заданное снижение исходной погреш­ив

пости, Я — слой металла, снимаемый за время, в течение кото­рого достигается снижение исходной погрешности при заданных условиях обработки.

На рис. 68 показано изменение исходной погрешности Д0 во времени при постоянной скорости поперечной. подачи при вреза­нии. На практике находит при­менение ускоренное врезание 128], при котором поперечная по­дача при врезании увеличивает­ся в і раз по сравнению с пода­чей на последующем этапе.

После создания исходного на­тяга наступает этап установив­шегося съема металла, где ин­тенсивность съема металла зави­сит от величины созданного на­тяга в системе. В связи с нали­чием остаточной погрешности геометрической формы натяг в технологической системе, а в свя­зи с этим и интенсивность съема металла в разных направлениях будут различными (23].

На рис. 69 приведено сопоставление исправления исходных погрешностей при выхаживании; без поперечной подачи и при ускоренном выхаживании. Для сравнения эффективности исправ­ления исходных погрешностей на каждом этапе рабочего цикла необходимо знать интенсивность их исправления.

Теоретическое исследование [23, 28] .позволило расчетным пу­тем определить основные закономерности исправления исходных погрешностей при шлифовальной обработке. Время, в течение которого исходная (погрешность снижается до заданной. вели­чины.

ІП -**- 1м А*

где tM —величина минутной поперечной подачи; t/о — исходный натяг в системе.

При ускоренном. врезании в предельном случае можно при­нять

Ар

Д4 ’

Из этой формулы следует, что в предельном случае время, потребное иля уменьшения исходной погрешности До До задан­ной. величины Д4, мало зависит от слоя металла, подлежащего

съему. Для всех видов шлифования время установившегося съема металла

где П’ — слой металла, снимаемый на этапе врезания и выхажи­вания.

Путем преобразования вышеприведенных формул можно ана­литически рассчитать режим обработки, при котором обеспечи­вается на этапе установившегося процесса уменьшение погреш­ности с До до Л,-:

4 _ П^кс

1м ~ д .

nd| LY In —-

Из этой формулы следует, что значение минутной поперечной подачи можно увеличивать при повышенной жесткости систе­мы с, при более высоком значении коэффициента режущей спо­собности круга k и при повышенных величинах припуска /7, если отсутствуют другие ограничивающие факторы. Значение минут­ной поперечной подачи необходимо снижать с возрастанием дли­ны L и диаметра обрабатываемой поверхности и при увеличении отношения между одноименными погрешностями до и после об­работки.

Исследования М. Бюиссона [60] и Ф. Мариака под­твердили, что с повышением требований к точности формы воз­растает время шлифования. С уменьшением машинного времени возрастает отжатие, погрешность формы и рассеяния размеров, также увеличивается температура масла и охлаждающей жидко­сти (рис. 70). По оси абсцисс отложены порядковые номера об­работанных деталей. Таким образом, важной особенностью про­цесса шлифования является автоматическое исправление погреш­ностей формы.

При наличии исходной погрешности на протяжении одного оборота детали натяг системы, а следовательно, и интенсивность съема металла в разных направлениях будут изменяться, что ав­томатически приводит к исправлению исходных погрешностей.

Прецизионные шлифовальные станки. В связи со значитель­ным повышением требований к обработке шлифовальные станки выпускаются разных классов точности в зависимости от требова­ний к точности: класс Н — нормальной точности, класс П — по­вышенной точности, класс В — высокой точности, класс А — осо­бо высокой точности и класс С — особо точные станки. Соотно­шение между величинами допусков при переходе от класса к классу для большинства показателей точности принято равным

ф=у/10= 1,6.

Нормы точности, разработанное в ЭНИМСе, приведены в табл. 20.

В прецизионных шлифовальных станках уделяется особое внимание повышению точности, чувствительности и плавности

Рис. 70. Исследование основных показателей процесса шлифования. (по Ф. Мариак): *%£Р~‘время чернового шлифования; *цист~~ъ Ремя чистового шлифования; 1маш~ маши’нн°е время; Л0 —исходная погрешность формы; Дк—конечная погрешность; Р — рассеяние размеров, отжатие системы; Те— температура воды; Тм—температура масла

перемещения при подаче, сохранению постоянства оси вращения станочных шпинделей, сокращению «потерь ‘на трение в резуль­тате замены трения скольжения трением качения в механизмах подач. Получают применение новые механизмы подач, характери­зуемые высокой чувствительностью, например, шариковые вин­товые пары. Необходимо увеличивать жесткость системы и ответ­ственных узлов за счет повышения качества сопряжения парно — работающих деталей и создания предварительного натяга в под­шипниках и направляющих качения.

Повышение виброустойчивости станка достигается макси­мально возможным снижением величины неуравновешенности быстровращающихся масс, тщательной динамической баланси­ровкой электродвигателей, шкивов, зубчатых колес, муфт и т. д. Необходимо гидроприводы устанавливать отдельно от станины для изоляции станка от вибраций, возникающих в гидросистеме

при работе насосов и клапанов. В прецизионных станках для снижения вибраций электродвигатель шлифовального круга же­лательно устанавливать на отдельном фундаменте, а привод шпинделя круга осуществлять эластичным плоским ремнем. По­вышение виброустойчивости достигается увеличением динамиче­ской жесткости станков, что во многих случаях может быть обес-

Таблица 20 Допустимые отклонения формы и расположения поверхностей для прецизионных шлифовальных станков в мк Класс Виды отклонения П В А с Для круглошлифовальных станков Некруглость…………………………………….. 1,6 і 0,6 0,4 Нецилиндричность ………………………….. 6,0 4,0 2,5 1,6 Плоскостность торцовой поверхности (выпуклость не допускается) . . . 5,0 3,0 2,0 1,2 Шероховатость обработанной поверх- ности образца: цилиндрической, не ниже. . . V8 V9 V10 VII плоской, не ниже………………………. V? V8 V9 V10 Для внутришлифоиальных станков Некруглость……………………………………. 2,5 1,6 1,0 Нецилиндричность ………………………….. 5,0 3,0 2,0 Плоскостность торцовой поверхности 5,0 3,0 2.0

печено повышением частот собственных колебаний системы и увеличением демпфирующей способности стыков и подвижных соединений.

Особое внимание следует уделять снижению погрешностей, вызываемых температурными деформациями технологической си­стемы. Снижение температурных деформаций достигается путем:

1) установки прецизионных станков в специальных помеще­ниях, где поддерживается постоянная температура, и определен­ным расстоянием от наружных стен; 2) выноса из станка гидрав­лического устройства, включая гидроцилиндр стола и гидропа­нель управления стабилизацией теплового режима; 3) повыше­ния к. п. д. приводов — применением насосов с объемным регу — 120 лированием в ‘гидроприводах, направляющих качения, гидроста­тических направляющих, установкой шпинделя круга на опорах качения, применением смазки распыленным маслом; 4) подбора оптимальных материалов с близкими коэффициентами линей­ного расширения, с малыми их значениями; 5) замены гидрав­лических механизмов подач на электромеханические, которые вы­деляют меньше теплоты; 6) применения конструкций, обеспечи­вающих компенсацию температурных деформаций.

Для снижения шероховатости шлифованной поверхности со­временные станки оснащают специальными устройствами для тонкой очистки эмульсии от шлама: для грубой очистки—-маг­нитный сепаратор и для тонкой очистки — бумажный сепаратор или центрифуги.