ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ и экономичности. ПРИ ШЛИФОВАНИИ

Повышение производительности труда достигается сниже­нием затрат рабочего времени и повышением количества обслу­живаемых станков. Эти задачи решаются совершенствованием абразивного инструмента, одновременным шлифованием несколь­ких іповерхностей, совершенствованием Цикла шлифования и сок­ращением внутрицикловых потерь, скоростным и силовым шли­фованием, интенсификацией процесса путем электролитического шлифования, усовершенствованием устройств для управления станком, установочных и зажимных приспособлений, примене­нием измерительно-управляющих устройств, совершенствованием устройств для правки кругов, балансированием кругов на месте, комплексной автоматизацией.

Сокращение основного (технологического) времени. Структу­ра затрат рабочего времени при шлифовании по данным ЭНИМСа приведена в табл. 22.

Таблица 22 Структура затрат рабочего времени при шлифовании Характеристика производства Время резания В % Вспомога­ тельное время В Г’о Время обслужи­вания рабочего места в % Подготови­тельно-заклю­чительное — время в % Потери вре­мени по организацион­но-техничес­ким причинам в % Мелкосерийное. . 36,5 25 13 6 19,5 Крупносерийное 56,5 20 10 2,5 11

Основное время при всех видах шлифования определяется по формуле

где Qм — объем металла, подлежащего снятию, в мм3 F — поверхность обработки в мм2

П — припуск на сторону в мм.

10—1189

Съем металла за единицу времени Q в мм3/мин на этапе установившегося процесса (после создания исходного натяга си­стемы) определяется произведением подач (круговой Vd, про­дольной s0 и поперечной t). С возрастанием интенсивности съема металла Q: а) увеличивается нормальная сила шлифования Ру, что приводит к увеличению отжатия технологической системы;

б) возрастает глубина врезания абразивных зерен в обрабаты­ваемую поверхность, что приводит к ухудшению шероховатости;

в) увеличивается выделение теплоты в зоне шлифования; г) воз­растает износ круга и сокращается период его стойкости; д) увеличивается мощность шлифования.

Эксперименты показали, что все виды подач примерно в оди­наковой степени влияют на стойкость круга, мощность шлифова­ния и шероховатость поверхности, поэтому для упрощения рас­четов заменяют отдельные подачи их произведением, т. е. интен­сивностью съема металла. Это находит подтверждение и в зару­бежной литературе (80, 89]. На температуру шлифования отдель­ные подачи влияют неодинаково.

Так как интенсивность съема металла примерно пропорцио­нальна высоте круга, то в качестве норматива принимают съем металла на 1 мм высоты .круга:

Q nd. Lp. x-fM

нк —

Физический смысл критерия заключается в том, что удельная интенсивность съема металла Qya характеризует среднюю на­грузку, воздействующую на абразивные зерна в зоне резания. Удельная интенсивность съема металла равна произведению всех подач. Так, при наружном круглом шлифовании с продольной подачей

Qud = VgSgtx

при шлифовании с радиальной подачей

Qyd = Veto-

Значения для удельной интенсивности. съема металла при ра­боте с радиальной и продольной подачами приведены, в табл. 23.

При обдирочном шлифовании достигаются большие значения для удельной интенсивности. съема металла.

При назначении режима шлифования исходят из заданного качества обработки при наименьшей затрате общественного тру­да. Основными факторами, .влияющими. на режим, являются: а) требования к шероховатости поверхности; б) требования к точности размера и формы; в) стойкость или удельный износ круга; г) появление прижогав; д) мощность привода.

Шероховатость поверхности и точность выполнения размеров и формы зависят от ряда факторов, влияние которых было из­ложено раньше. Стойкость круга может быть ограничивающим 146

факторам при черновом шли­фовании деталей средних и, особенно, больших диаметров, когда не предъявляются повы­шенные требования к точности (3-й класс и грубее) и шерохо­ватости (у 6 и ниже) и при снятии больших припусков.

Температура шлифования не в одинаковой степени зависит от подач. При прочих равных условиях с увеличением про­дольной подачи и окружной скорости детали температура шлифования возрастает в зна­чительно меньшей степени, чем с увеличением подач на глубину. Поэтому для избежания при — жогов ограничивают значения для подач на глубину t и рабо­тают при максимально возможных величинах ve и sa — При по­явлении прижогов обычно увеличивают окружную скорость детали. В отдельных случаях мощность главного привода мо­жет быть ограничивающим фактором. Средние значения удель­ной мощности шлифования составляют (в расчете на 1 мм вы­соты круга): при черновом шлифовании —- 0,12—0,18 кет, полу — чистовом шлифовании — 0,08—0,12 кет, чистовом шлифова­нии — 0,04—0,07 кет.

Жесткость системы влияет на время исправления исходной погрешности, на время врезания и выхаживания и силовые де­формации. В связи с трудностью определения жесткости в нор­мативах ее обычно характеризуют косвенными показателями — диаметром обрабатываемой детали и расстоянием между опора­ми или их отношением, вылетом шпинделя ‘круга при внутрен­нем шлифовании, отношением толщины стенки к диаметру детали. С увеличением диаметра обрабатываемой поверхности можно увеличивать объем металла, снимаемого в единицу вре­мени, вследствие повышения жесткости системы, увеличения абсолютного значения допуска на обработку при одном и том же классе точности и возрастания длины дуги контакта круга и детали. Для назначения режимов резания можно пользоваться «Общемашиностроительными нормативами режимов резания и времени для технического нормирования работ «а шлифоваль­ных станках» *, которые. выпущены отдельными выпусками, с учетом характера производства.

Снижение основного времени достигается рядом мероприя­тий — увеличением размеров круга, концентрацией переходов [3]

при обработке, одновременной обработкой несколькими бабками, скоростным и силовым шлифованием, поддержанием постоянства окружной скорости круга и др.

Увеличение размеров круга. Повышение производительности при шлифовании с продольной подачей достигается увеличением высоты круга. При шлифовании периферией круга применяют круги шириной до 100 мм, а в отдельных случаях и выше. При бесцентровом шлифовании находят применение круги высотой 400 мм и выше. Эффективность применения широких кругов наглядно видна на примере обработки шпинделя веретена (рис. 86). Шлифование шпинделя на обычных круглошлифоваль-

Рис 86. Шлифовальный круг (а) и шпиндель веретена (б) длиной 388 мм

ных станках выполняется за 20 операций, при обработке на бесцентровошлифовальном станке с широким кругом врезани­ем — за две операции.

В серийном производстве обработку длинных участков на де­талях. производят методом последовательных врезаний кругами максимально возможной высоты. Находит применение также комбинированное шлифование, которое заключается во вреза­нии на известную глубину, далее круг получает продольную по­дачу (глубинное шлифование), на обратном ходу осуществля­ется чистовое шлифование с меньшей продольной подачей.

При исследовании зависимости стоимости шлифования ст вы­соты круга установлено, что с увеличением высоты круга стои­мость и время обработки снижается, а расходы на абразивный инструмент и на правку возрастают. Для применения широких кругов в условиях массового производства иногда находят при­менение специальные станки, что может быть связано с увели­чением эксплуатационных расходов. В таких случаях для задан­ных условий обработки необходимо отыскать оптимальное зна­чение для ширины круга. Чем больше диаметр круга, тем равно­мернее его износ, тем выше период стойкости. На современных станках массового производства применяют круги диаметром 900—1000 мм и выше. Увеличение диаметра круга с 700 до J48 900 мм повышает съем металла на 25%. С уменьшением диа­метра круга с 600 до 450 мм удельный съем металла снижается на 37%. С увеличением диаметра круга увеличивается период стойкости, что позволяет повышать режим, уменьшается раз­мерный износ круга, но могут возрасти расходы на абразив и стоимость правки, на амортизацию в случае применения специ­ального станка, поэтому при заданных условиях должны быть оптимальные значения для диаметра круга, при котором стои­мость обработки будет минимальной.

Концентрация переходов при обработке. Концентрация пере­ходов — одновременное шлифование нескольких участков широ­ким специально заправленным кругом или несколькими кругами. Наиболее распространенным видом является одновременное шлифование торцов, цилиндрических и конических поверхностей методом врезания. При этом лучшие результаты могут быть по­лучены при установке оси круга под углом а к оси детали (рис. 87). Недостатком способа является разница скорости вра-

Рис. 87. Одновременная обработка цилиндрической и торцовой поверхностей шлифовальным кругом под углом: а—3°; 6—30°: в—45°

щения на участках наибольшего и наименьшего диаметра круга. Этот перепад скорости зависит от угла установки, диаметра кру­га и ширины обработки. Для получения минимальной разности в скоростях при большой длине цилиндрической шейки I выби­рают наименьший угол установки, при большой ширине торцовой поверхности h выбирают наибольшее значение для угла установ­ки. Рекомендуются следующие величины углов:

а — 8 — 10° при ~~ >8 h

о=30° при 8> — >1 п

а = 45° при ~~ < 1

h

и»

Установка круга под углом 8—10° к оси детали целесообраз­на в тех случаях, когда с торца снимают небольшие припуски.

При одновременном шлифовании цилиндрической и торцовой поверхностей находят применение три схемы обработки: а) ось вращения круга параллельна оси детали, бабка круга подается в поперечном направлении к оси вращения детали, а стол с де­талью (Подается в продольном направлении; б) ось вращения круга устанавливается под углом к оси обрабатываемой детали, подачи бабки круга и стола станка остаются теми же, что и в предыдущем случае; в) ось вращения круга устанавливается под углом к оси обрабатываемой детали, а бабка получает по­дачу под углом к оси обрабатываемой детали.

Преимуществом одновременной обработки двух поверхно­стей является обеспечение перпендикулярности между цилиндри­ческой поверхностью и торцом детали. Для одновременного шлифования шейки и торца выпускается специальный торце­круглошлифовальный станок мод. ЗТ161.

Повышение производительности при бесцентровом шлифова­нии достигается одновременным применением высоких кругов, повышенной жесткостью системы, непрерывностью процесса об­работки и меньшим вспомогательным временем. Бесцентровые станки находят применение для наружного круглого, внутрен­него шлифования, при обработке наружных поверхностей тел вра­щения и для шлифования крепежных резьб. В линиях автомати­зированных цехов по производству колец шариковых и ролико­вых подшипников качения нашло широкое применение бесцент­ровое шлифование отверстий, желобов и беговых дорожек.

Одновременная обработка детали при помощи нескольких шлифовальных бабок. При обработке на специальных стайках можно обеспечить одновременное шлифование несколькими кру­гами. Пример обработки ступенчатого валика на станке с двумя противоположно расположенными шлифовальными бабками при­веден на рис. 88. Каждый из кругов заправляется по профилю и обрабатывает несколько поверхностей. На рис. 89 показана схе­ма обработки на бесцентрово-шлифовальном станке для одно­временного шлифования нескольких наружных поверхностей и торцов многоступенчатых деталей. Станок имеет две бабки, не­сущие круги чашечной формы, работающие периферией.

Начинают получать применение агрегатные станки, скомпоно­ванные из отдельных самодействующих шлифовальных бабок, установленных под разными углами. Такие станки собираются из унифицированных узлов: бабок изделия, шлифовальных и задних бабок, станин, столов, приспособлений для правки кругов и др. Фирма «Цинциннати» (США) выпускает самодействующие шлифовальные бабки с кругами разных размеров. Самая малая бабка предназначается для круга диаметром 150 мм с мощно — ностью привода 0,35 кет, бабка для круга 600 мм имеет мощ­
ность привода 14,5 кет и вес 800—1000 кг. Такая самодействую­щая шлифовальная бабка может автоматически осуществлять ускоренный подвод и отвод, подачу для обработки торцов боко­вой поверхностью круга, ускоренное перемещение до встречи круга с деталью, черновое, чистовое шлифование или выхажи­вание.

Повышение производительности на станках с несколькими шлифовальными бабками достигается не только одновременной обработкой нескольких по­верхностей, но и сокраще­нием количества установок детали и включений станка, а также уменьшением коли­чества рабочих. Шлифова­ние на таких станках тре­бует абразивного инстру­мента высокого и стабиль­ного качества по геометрии, дисбалансу, твердости и ре­жущим свойствам. Для это­го выпускаются абразивные инструменты класса А, ко­торые отличаются высокой точностью размера и фор­мы, равномерной твер­достью и минимальным дис­балансом. Такие круги вы-

Рис. 88. Схемы обработки на многокамневых шлифоваль­ных станках кругами, располо­женными с двух сторон отно­сительно детали

пускаются из абразивных материалов повышенного качества — электрокорунда, легированного окислами хрома, титана и цир­кония.

Скоростное шлифование — процесс, при котором путем при­менения повышенных скоростей и подач эффективно использугот —

ся круги для скоростного шлифования, сокращается трудоем­кость изготовления продукции в условиях рациональной эксплуа­тации оборудования.

Скоростное шлифование осуществлено в СССР в 1942— 1944 гг. [18, 19]. Промышленное внедрение его стало возможным после того, как была повышена прочность кругов, допускающая окружную скорость в 50 м/сек. Первые работы, проведенные во ВНИИАШ. по скоростному шлифованию выполнялись в 1948—

1949 гг., при этом была создана технология производства высоко­прочных кругов на керамической связке. Скоростное шлифование получило известное распростране­ние и зарубежом. Так, с 1960 г. в США начали применять на круглошлифовальных станках круги, работающие со скоростью вращения 42 м/сек. По литера­турным данным выпускаются круги для работы при скорости 60 и 80 м/сек. Круги новой кон­струкции диаметром 600 мм вы­пускаются без центрального от­верстия. Крепление осуществляет­ся двумя фланцами с восьмью болтами, которые проходят через пластмассовые втулки, предусмот­ренные в теле круга (рис. 90). Рис. 90. Крепление шлифовального Исследования скоростного круга без центрального отверстия: шлифования показали, что повы — а — консольное; б — на двух опорах ШЄНИЄ СКОрОСТИ Круга ПрИВОДИТ К

снижению радиальной составля­ющей силы шлифования, к уулучшению поверхности, к некото­рому повышению расхода мощности. Выделение теплоты воз­растает с увеличением скорости круга, поэтому для избежания прижогов целесообразно одновременно увеличивать скорость детали.

При скоростном шлифовании необходимо усиливать охлажде­ние обрабатываемой поверхности, что может быть достигнуто применением высокопористых кругов. Воздух, находящийся в по­рах круга, в результате центробежной силы отбрасывается на рабочую поверхность круга. В этих порах создается разряже­ние, вследствие чего свежий воздух засасывается со стороны торцов круга. С увеличением скорости (перемещения воздуха теп­лопередача возрастает пропорционально квадрату скорости. Це­лесообразность применения высокопористых кругов при скорост­ном шлифовании была установлена в экспериментах автора. 152

В дальнейшем было проведено исследование высокопористых кругов М. С. Рахмаровой [39] под руководством автора. Экспери­менты показали, что пористые круги во всех случаях подают большее количество воздуха и лучше отводят теплоту из зоны шлифования.

Возможно несколько способов осуществления скоростного шлифования. Первый способ — пропорциональное увеличение скорости круга и минутной поперечной подачи. Этот способ обес­печивает повышение производительности путем увеличения удельного съема металла. Второй способ — неизменная величина минутной поперечной подачи, при этом практически неизменный удельный съем металла, а глубина врезания отдельных зерен уменьшается и шероховатость улучшается. Третий способ — уве­личение минутной поперечной подачи меньше, чем увеличение скорости круга. Этот способ по производительности и шерохова­тости дает результаты, промежуточные между первым и вторым способами.

Сохранение окружной скорости круга в требуемых пределах имеет большое значение для стабильности режущей способности круга, лучшего использования абразивного инструмента и сни­жения расхода на. правку. На практике обычно допускается из­менение размеров круга до 0,65 от диаметра нового круга, при этом уменьшается окружная скорость на 35%, ухудшается шеро­ховатость поверхности, возрастает радиальная сила шлифова­ния, увеличивается размерный износ круга и снижается его стойкость. Исследования в СССР и за рубежом показали, что при поддержании в процессе обработки постоянной окружной скорости круга уменьшается износ и снижается время обработки на 15—18%.

Некоторые новые круглошлифовальные станки имеют специ­альные устройства, автоматически поддерживающие окружную скорость круга постоянной при его износе. При этом применяется привод по системе электродвигатель — генератор — электродви­гатель, выполненный по упрощенной схеме. По причине высокой стоимости такие приводы широкого распространение не получи­ли. Проведенные в ЭНИМСе работы по выбору типа электропри­вода главного движения шлифовальных станков показали, что требуемые небольшие диапазоны регулирования при постоянной мощности могут быть обеспечены путем ослабления поля дви­гателя постоянного тока, питаемого от статического выпрямите­ля с неизменным выходным напряжением. На основе проведен­ных исследований был сделан вывод, что в механизмах главно­го движения шлифовальных станков целесообразно применять электроприводы постоянного тока с силовыми кремниевыми вы­прямителями.

Силовое шлифование. В последнее время получает развитие шлифование с большими съемами (до 6 мм). По данным

ВНИИАШ, на такую обработку расходуется до 30% всех вы­пускаемых абразивных инструментов. Для выполнения таких работ начат выпуск кругов повышенной прочности, армирован­ных тканевыми прокладками, которые допускают повышение окружной скорости круга до 70 м/сек и показывают увеличение съема металла до 2 раз при сокращении расхода кругов.

Шлифование с большими съемами металла получило разви­тие также за рубежом. Применительно к плоскому шлифованию такую обработку осуществляют армированными сегментами, представляющими собой несколько соединенных плиток или дис­ков. Каждый сегмент или диск состоит из нескольких слоев абра­зива, перемешанного со связкой, между которыми проложены

Рис. 91. Многослойные круги для круглого шлифо­вания

слои ткани. Такие круги имеют прерывистую рабочую поверх­ность, что важно при значительном количестве выделяемой теп­лоты. Одна из особенностей шлифования многослойными круга­ми применительно к круглому шлифованию заключается в уста­новке круга под углом 30—60° относительно направления подачи (рис. 91). Удельный съем металла возрастает с увеличением силы, поджимающей круг к обрабатываемой поверхности, и угла наклона оси, к направлению подачи.

По литературным данным новые круги повышенной прочно­сти выпускают на специальной пластмассовой связке и арми­руют стекловолокном. Пакетные круги новой конструкции со­стоят из отдельных дисков толщиной 7 мм с упругими проклад­ками.

Преимущества силового шлифования: а) повышается интен­сивность съема металла до 570 см3/мин (но стали) и 740 см3/мин (по чугуну); б) снижается удельный расход энергии, в отдельных случаях до 0,13 квт/см3 в минуту; в) снижается время и стоимость обработки; г) повышается размерная точность и 154

снижается шероховатость; д) снижается припуск (работы по корке); е) возможность обработки закаленных заготовок, что позволяет повысить срок службы прокатных валков; ж) сокра­щается время на смену и правку инструмента, на установку и за­жим обрабатываемых заготовок.

Новые мощные станки для грубого шлифования имеют элект­родвигатель мощностью 95—130 кет, в отдельных случаях до 250 кет, при этом удельная мощность составляет 0,35 кет и вы­ше на 1 мм ширины круга.

Сокращение вспомогательного времени. Вспомогательное время включает время на установку, зажим и снятие детали, на приемы управления станком и на измерение детали на станке. Вспомогательное время по данным ЭНИМСа распределяется следующим образом: а) приемы управления станком (в том чис­ле подвод бабки) 35—50%; установка, закрепление и снятие де­тали 15—25%; в) измерение детали на станке 20—40%; г) пода­ча деталей к станку 5—10%.

Сокращение времени на приемы управления станком дости­гается сокращением числа органов управления, переходом на однорукояточное управление станком, на устройства для регули­рования скорости подачи стола, для быстрого подвода баб­ки и др.

В литературе [21] описаны различные устройства, способст­вующие сокращению вспомогательного времени: устройства для подвода пиноли задней бабки, для торможения шпинделя изде­лия, для облегчения установки детали в центрах, для ускорения выверки цилиндричности обрабатываемой детали, для сокраще­ния времени на закрепление хомутика, на установку, закрепле­ние, открепление и снятие детали, на измерение детали на стан­ке и др.

Сокращение времени технического обслуживания. Время тех­нического обслуживания на шлифовальных станках состоит из приемов на правку круга, его последующую балансировку и на подналадку станка. В отличие от других режущих инструментов шлифовальный круг правят без снятия со станка. По данным ЭНИМСа время на правку круга составляет 5—10%, а время на установку и снятие кругов составляет 5—7,5% общей суммы затрат рабочего времени. Сокращение времени на правку круга достигается в результате применения современных инструментов для правки, автоматических устройств для подачи команды на правку круга и устройств для автоматизации правки кру­га [21, 32].

Расходы при шлифовании и сравнение с другими способами обработки. Основными элементами себестоимости абразивной обработки являются: стоимость заготовки, расходы на заработ­ную плату, включая начисления на социальные расходы, расхо­ды на абразивный инструмент и его правку, расходы йа аморти­

зацию и содержание оборудования и расходы электроэнергии на обработку. Для общей ориентировки приводим некоторые сред­ние показатели. Затраты на производственную заработную пла­ту, приходящуюся на 1 ч работы круглошлифовального станка при обслуживании одного станка, колеблются в пределах 40—65 коп/ч, при многостаночном обслуживании 22—30 коп/ч. Амортизационные отчисления (8,4%), приходящиеся на 1 ч ра­боты станка, колеблются в пределах 6,5—76 коп/ч. Расходы на текущий ремонт и содержание оборудования колеблются в пре­делах 4—17,5 коп/ч. Расходы на абразивный инструмент и его правку колеблются в пределах 9—15 коп/ч. Расходы на электро­энергию 4—6 коп/ч.

Средняя цена 1 см3 абразивного инструмента:

В СССР…………………………. 0,1—0,15 коп.

В США [95]…………………… 0.63 цента

В ФРГ [91]…………………….. 0,026 марки

По данным С. М. Кедрова, затраты на съем 1 см* металла составляют:

при наружном круглом шлифовании (круг 600 x 305 x75) 0,14 коп.

при внутреннем шлифовании отверстий диаметром 50—

150 мм……………………………………………………………………….. 0,7—1,0 коп.

при бесцентровом врезном шлифовании……………………………… 0,17 коп.

при плоском шлифовании периферией круга 450 x 205 x 50 0,45—0,65 коп.

при плоском шлифовании торцом круга……………………………… 0,12—0,22 коп.

По литературным данным затраты на съем 1 см® составляют:

в США при черновом шлифовании…………………………………….. 0,12—0,18 центов

в Швейцарии…………………………………………………………………….. 0,16 франка

По данным фирмы. Карборундум" (США) средняя стоимость абразивного ин­струмента на 1 ч работы станка при типичных шлифовальных операциях состав­ляет (в долларах);

корунда ……………………………………………………………………………….. 0,66

плоское шлифование твердых сплавов кругами из карби­да кремния 1,0—2,5

абразивная разрезка кругами из электрокорунда:

а) с охлаждающей жидкостью…………………………………………… 2,5

б) без охлаждения……………………………………………………. 4—16

заточка твердосплавного инструмента кругами из карби­да кремния 10—19

заточка твердосплавного инструмента алмазными кругами:

с охлаждающей жидкостью………………………………………… 20—330

без охлаждения…………………………………………………………. 28—350

Анализ экономичности наружного круглого шлифования в центрах, бесцентрового и копирного шлифования показывает,

что:

а) применение бесцентровошлифовальных станков во многих случаях становится экономичным при наличии 50 деталей в партии; •

б) применение универсально-шлифовальных станков с колир — ным устройством для правки по эталонной детали экономично при обработке многоступенчатых деталей;

в) копирные устройства для бесцентровошлифовальных стан­ков с копирной линейкой дороже и поэтому экономически оправ­дываются при более крупных партиях.

Исследования, выполненные в Ленинградском инженерно-эко­номическом институте [34], показали, что на круглошлифоваль­ных станках может быть достигнута обработка по V10, 11 и 12-классам чистоты и по 1-му классу точности. Такие показатели достигаются в результате тонкой правки алмазом и увеличением времени выхаживания, а также путем применения графитовых кругов (ГЕ М28Б). Были сопоставлены показатели при следую­щих методах тонкой обработки: суперфиниширование различны­ми абразивными брусками, доводка цилиндрических поверхно­стей, наружное и внутреннее шлифование керамическими и гра­фитовыми абразивными кругами с точностью свыше 1-го класса и с чистотой поверхности 10—12-го класса. При исследованиях установлены следующие значения себестоимости обработки стальных деталей размером 60×200 мм по 1-му классу точности и по различным классам чистоты (табл. 24).

Таблица 24 Себестоимость обработки при разных классах чистоты и разных способах обработки Класс чис­тоты Себестоимость обработки в руб. шлифование с тонкой прав­кой круга шлифование графитовыми кругами полумеха- иическая доводка точное шли­фование по 1-му классу и выше суперфини­ ширование V10 2,50 3,0 іб, б 10,6 4,80 VII 4,6 3,2 — — 4,90 V12 6,4 — *— 7,70

Исследование позволило определить технически и экономиче­ски целесообразные области применения различных методов чис­товой обработки. Так, например, получение V 10 класса наибо­лее целесообразно шлифованием с тонкой правкой круга, V И класса — шлифованием графитовыми кругами, V 12 клас­са и выше — шлифованием графитовыми кругами и суперфини­шированием.

Сравнение методов чистовой обработки с точки зрения их экономичности было выполнено в Аахенском Высшем Техниче­ском училище [58, 92]. Были сопоставлены тонкое точение, шли­фование кругом зернистостью 25, хонингование, раскатка. На рис. 92,а показаны поля рассеяния погрешностей по некруглости

Лк в мк, а на рис. 92,6 по оси абсцисс — достижимая высота ше­роховатости Rz в мк, а по оси ординат — технологическая стои­мость обработки образца С. На рис. 92 видно, какой из методов обработки является оптимальным по заданной высоте микроне-

Рис. 92. Сравнение погрешностей по иекруглости Дк в мк и техно­логической стоимости С обработ­ки образцов при разной высоте микронеровностей Яг в мк для разных способов обработки: /—тонкое хонингование (после шлифо­вания с высотой микроиеровностей 2—3 мк); 2—тонкое хонингование (пос­ле точения с высотой МИКрОНерОЕНО — стей 3—4 мк); 3—тонкое хонингование (после точения с высотой микронеров — иостей 8 мк); 4—шлифование (после точения с высотой микронеровностей 16 мк); 5—тонкое точение (после пред­варительного точения) с высотой МИК ронеровиостей 16 мк; £—раскатка (пос­ле точения с высотой микронеровно­стей 16 мк)

ровностей с учетом высоты микронеровностей до окончательной обработки. При заданной высоте микроиеровностей (Rz>3 мк) наиболее экономичным методом является тонкое точение (кри­вая 5). При Rz<3 мк расходы при точении быстро возрастают, и в этом диапазоне более выгодным оказывается чистовое шли­фование (кривая 4). При дальнейшем повышении требований к шероховатости более экономичным является переход на двух­ступенчатый цикл шлифования с выхаживанием (смотри штри­ховую линию) на хонингование (кривые 1, 2 и 3). Увеличение высоты микроиеровностей до хонингования повышает эффектив­ность хонингования, что приводит к снижению себестоимости об­работки, но при этом возрастает поле рассеяния погрешностей по иекруглости Дк. Раскатка (кривая 6) дает самую низкую техно­логическую стоимость обработки, но при этом возрастает поле рассеяния погрешностей по иекруглости. По исследованию X. Шуллера [92] на рис. 93 показана зависимость стоимости об­работки С от точности (нецилиндричность Ач, некруглость Дк и рассеяние размеров 6 в мк) и высоты шероховатостей Rz в мк при разных режимах обработки — подачах на глубину 1,25 и 2,5, 5, 10, 20 мк с выхаживанием (штриховая линия) и без него (сплошная линия) при обработке шлифовальным кругом ЭБ25СМ2 на станках, оснащенных измерительно-управляющими устройствами. На рис. 94 приведены те же зависимости для круга ЭБ10МЗ. Исследования показали, что выхаживание сни-

жает себестоимость обработки при достижении заданных по­грешностей формы, и шероховатости.

На рис. 95 приведено сопоставление себестоимости обработ­ки С при шлифовании и тонком точении при достижении задан­ной точности формы — нецилиндричности АЦ и некруглости А„. Для шлифования сплошными линиями показана обработка без выхаживания с применением измерительно-управляющего уст­ройства, а штриховой линией — обработка с выхаживанием. Из приведенных кривых следует, что только при высоких требова­ниях к точности формы шлифование имеет преимущество перед тонким точением. На рис. 96 приведено сопоставление себестои­мости обработки С при шлифовании и тонком точении при до­стижении заданной точности выполнения размеров 6. На

Рис. 97. Технологическая стои­мость обработки С при чистовом шлифовании и тонком точении в зависимости от высоты микро­неровностей Яг:

/ — чистовое шлифование кругом ЭБ10МЗ: 2—чистовое шлифование кру­гом ЭБ25СМ2; 3—тонкое точение; 4—стоимость предварительной токарной обработки рис. 97 приведено сопоставление себестоимости обработки С по достижимой шероховатости поверхности Rz. При высоте шеро­ховатости больше 3 мк экономичнее тонкое точение, при высоте шероховатости меньше 2 мк экономичнее шлифование кругом с зернистостью 25. При более высоких требованиях к Rz экономич­нее шлифование кругом с зернистостью 10.

Исследование качества и себестоимости обработки при раз­ных процессах показали, что при врезном шлифовании и тонком 160

точении достигается высота шероховатости в 3 мк, при шлифо­вании с продольной подачей достигается наилучшая шерохова­тость. Рассеяние размеров при тонком точении 10 мк, при шли­фовании с продольной подачей 4 мк, при врезном шлифовании 8 мк, при выхаживании по размеру 6 мк. Наибольшая достижи­мая точность по некруглоети 0,6 мк. Себестоимость обработки снижается в следующей последовательности — наружное круглое шлифование с продольной подачей, тонкое точение и врезное шлифование. Выхаживание и в этом случае обеспечивает сни-

Рис. 98. Время обработки т в зависимости от высоты шероховатости Ra при разных способах обработки: /—плоское шлифование; 2—круглое шлифование; 3—точение; 4—фрезерование торцом фрезы; 5—развертывание; б—свер­ление

жение себестоимости обработки. Нецилиндричность в 3 лк до­стигается при тонком точении при себестоимости обработки в 2 раза ниже шротив шлифования с продольной подачей. При шлифовании с продольной подачей достигалась нецилиндрич­ность в 2 мк. При врезном шлифовании при нецилиндричноети 4—5 мк себестоимость обработки ниже, чем при тонком точении, причем лучшие результаты по точности и себестоимости обработ­ки получаются при выхаживании. Выхаживание по размеру обеспечивает лучшие показатели, чем по реле времени.

На 5-й Интернациональной Конференции в Бирмингеме (Англия) по конструированию металлорежущих станков и иссле­дованию в области механической обработки приведены сравни­тельные данные по зависимости времени обработки от требова­ний к шероховатости при разных способах обработки (рис. 98).

Экономические обоснования автоматизации шлифовальной обработки. Экономичность применения средств автоматизации определяется повышением выпуска деталей главным образом в результате снижения вспомогательного времени, улучшения ис­пользования станка, повышения стабильности качества обработ­ки и облегчения труда обслуживающего персонала. Исходным мероприятием для внедрения автоматизации шлифовальной об­работки является применение измерительно-управляющих уст­ройств, которые позволяют автоматизировать заданный цикл. В ряде случаев применение измерительно-управляющих уст­ройств повышает выпуск деталей со станка на 50—80%, что оправдывает дополнительные затраты в сумме до 50% от стои­мости станка.

Эффективным средством автоматизации является устройство для автоматической профильной правки круга, особенно в слу­чае применения широких и сборных кругов при обработке много­ступенчатых валов. Автоматические. копирные устройства для правки кругов увеличивают затраты на изготовление станка до 25%, однако это может окупиться путем снижения времени на правку круга и повышения производительности.

Полная автоматизация обработки достигается применением автооператора и загрузочного устройства, в этом случае допол­нительные затраты должны окупиться в результате многосту­пенчатого обслуживания. Приведем пример расчета экономично­сти автоматизации путем модернизации круглошлифовального станка мод. ЗА151.

Исходные данные для расчета:

Стоимость станка с расходами по монтажу…. 4400 руб.

Стоимость измерительно-управляющего устройства 1500 руб.

Стоимость автооператора и загрузочного устрой­ства. 2000 руб.

Увеличение выпуска со станка после автоматизации в 1,2 раза Количество станков, обслуживаемых рабочим… 2 станка

Принятый для расчета годовой фонд работы обо­рудования 3950 ч

Расчет выполнен по нормативам руководящего материала ЭНИМС.. Полученные данные приведены в табл. 25.

Стоимость обработки деталей за 1 ч работы автоматизиро­ванного станка 1,193 : 1,2=0,995.

Экономия на стоимости обработки в 1 ч на автоматизирован­ном станке

Соб., — С*,2 = 1,233-0,995 = 0,238 руб.

Статьи расходов	Неавтоматизиро­ ванный станок	Автоматизиро — ванный станок
Производственная заработная плата для ра­бочего 3-го разряда с включением доплат в размере 10% в руб! ч……………………………………………………….	0,455	0,228
Амортизация оборудования (8,4%) для неав­томатизированного и 10% для автоматизи­рованного в руб./ч…………………………………………………..	0,096	0,200
Расходы на текущий ремонт оборудования (R — 10) в руб./ч……………………………………………………..	0,129	0,155
Расходы по содержанию оборудования в руб/ч	0,032	0,034
Расходы на абразивный инструмент с его правкой в руб./ч……………………………………………………..	0,140	0,120
Расходы на электроэнергию в руб./ч. . .	0,054	0,062
Прочие цеховые расходы в руб./ч…………………	0,327	0,394
Итого……………	1,233	1,193

Срок окупаемости затрат

—- ——— = 3,74 г.

0,238 X 3950

Этот результат справедлив только при условии полной за­грузки станка.

Одним из резервов сокращения рабочего цикла является устранение потерь времени на перемещение бабки до момента касания с деталью, что зависит от скорости быстрого гидравли­ческого подвода, точности остановки шлифовальной бабки с по­мощью упора, теплового смещения упора, .размерного износа круга за период стойкости, допуска на предыдущей операции и скорости врезания. Большая часть потерь времени обусловлена большим рассеянием припуска на заготовках. Экономия во времени (в мин) в результате применения устройств для опреде­ления момента касания круга с деталью запишется [4] так:

Ч	‘ 1	1 ‘	Л/7МІ
2	, Vep	Vn.	/ Vep

где б — рассеяние размеров припуска в мм

ивр —скорость подачи при врезании в мм/мин;

vn — скорость подвода бабки до момента касания круга с деталью в мм/мин;

Атв — допуск на точность работы устройства для определе­ния момента касания круга с деталью в мм.

Приведем пример для следующих исходных условий:

~овр = Змм/мин, vn — ‘200 мм! мин,

6 = 0,4 мм, Ame=0,07 мм,

Ге= = у (1/3—1/200) — а:0,042 мин = 2,52 сек.

Использование устройства для определения момента касания круга с деталью дает экономию во времени, возрастающую с увеличением поля рассеяния припуска и с уменьшением скоро­сти подачи на врезание и погрешности останова устройства для определения момента касания круга с деталью. Экономия во времени при применении такого устройства должна оправдать затраты на его изготовление. Экономическая целесообразность применения устройства возрастает с увеличением стоимости станка и экономии времени в результате использования такого устройства и с уменьшением штучного времени.

Некоторые перспективы развития шлифовальной обработки. Применение электролитического шлифования. Исследования, проведенные в СССР и за рубежом, показали, что в ряде слу­чаев применение электрохимического метода растворения метал­лов в различных электролитах позволяет интенсифицировать процесс шлифования. Основными достоинствами электролитиче­ского шлифования является повышение интенсивности съема металла и отсутствие поверхностных дефектов и заусенцев. Но­вый метод электроабразивной обработки токопроводящими шли­фовальными кругами получил развитие с применением кругов на металлической связке. Исследованиями в ЭНИМСе установ­лено, что удельное давление круга на деталь при обработке твердого сплава может быть доведено до 15—20 кГ/см2 без опасности появления трещин.

При электролитическом шлифовании повышается скорость съема металла в 1,5—2 раза, снижается удельный износ алма­зов в 2 раза, а также возможна работа при высоких режимах без опасности получения трещин, при этом снижается стоимость обработки. Шероховатость поверхности при алмазном и электро­литическом шлифовании одинакова, блеск поверхности при элек­тролитическом шлифовании Меньше из-за наличия окисных. пле­нок и плохой отражательной способности.

Общие преимущества электролитического шлифования алмаз­ными кругами — уменьшение составляющих сил шлифования, повышение срока службы круга, снижение температуры шлифо­вания и уменьшение опасности появления прижогов.

Вышлифовывание канавок и впадин на круглых заготовках. При изготовлении ряда инструментов все операции могут вы­полняться абразивным инструментом (например, при изготовле­нии метчика: отрезка заготовок, шлифование стержня, прореза­ние канавки, обработка заборной части, снятие затылка, нареза­ние резьбы и обработка хвостовика). При вышлифовывании ка­навок круглой заготовки снижается стоимость обработки на 35%- В последнее время находит применение шлифование без предварительной механической обработки канавок у спиральных сверл диаметром до 30 мм, профильных ручьев прокатных вал­ков, нарезание зубьев у колес до ш — 3, вагонных скатов для по­движного железнодорожного состава и т. л.

Получает применение непрерывное автоматическое шлифова­ние профильных деталей (например, игл топливной аппаратуры из закаленных прутков HRC 62—65). При диаметре 4 мм и дли­не прутка 3600 мм обеспечивается выпуск 240 шт/ч, допуск на диаметр — 12,5 мк и высота шероховатости 0,2 мк. Круг правит­ся твердосплавным роликом — крешером. Такое шлифование применяют также при обработке многоступенчатых деталей со сложным контуром профиля—поршней, деталей сферических шарнирных соединений, резьбовых деталей, колец подшипников качения. При этом отпадает необходимость в прутковых авто­матах.

Шлифование с тангенциальной подачей. В ЭНИМСе разрабо­тан, а на заводе «Станкоконструкция», изготовлен станок мод. ЗЭ151, у которого шлифовальная бабка расположена под обрабатываемой деталью (рис. 99), а шлифование производится с тангенциальной подачей.

Такая компоновка станка позволяет осуществить по­перечное траспортирование обрабатываемых деталей.

При продольном транспор­тировании оказалось воз­можным иметь значительно меньшую длину хода пита­теля. Кроме того, при такой компоновке силы резания, действующие на шлифо­вальную бабку, воспринима­ются опорами бабки. Круг­лошлифовальный автомат предназначен для врезного шлифования цилиндриче­ских и конических шеек ва­лов, на нем возможно шли­фовать одновременно не­

сколько шеек ступенчатых валов при общей ширине набора кругов до 350 мм. Правка круга производится автоматически по копиру; при этом алмаз перемещается ускоренно.

Фирма «Хобсон» (Англия) выпустила станок для наружного круглого шлифования, в котором шлифовальная бабка также располагается снизу. При обработке подача шлифовального кру­га осуществляется в тангенциальном направлении по отношению к детали.

Достоинство тангенциальной схемы резания заключается в том, что подача на глубину непрерывно снижается, а выхаживание начинается в тот момент, когда направление оси круга совпадает в вертикальном положении с осью обрабатывае­мой детали. На этом станке обрабатывают кривошипные валики компрессоров для холодильников с припуском 0,3 мм и *„=0,45 мк. Время цикла обработки составляет 8—10 сек. Прав­ка круга производится алмазным роликом.

Сопряженное шлифование. В машиностроении встречаются сопряжения деталей с зазором в несколько мк, что связано со значительными трудностями, особенно, при обработке отверстий.

Рис. 100 Принципиальная схема измерительного устрой­ства при сопряженном шлифовании

Получение точных зазоров возможно следующим образом (рис. 100). Деталь 2 с предварительно обработанным внутрен­ним диаметром устанавливается на калибр 1 измерительного устройства, располагаемого рядом с круглошлифовальным станком., Второе измерительное устройство установлено на са­мом станке. Измерительная скоба 4 осуществляет контроль шли­фуемого наружного диаметра детали 3 в процессе обработки и управление циклом работы станка. Устройства связаны между собой электрической схемой, все показания приборов вынесены на табло 5.

Для сокращения вспомогательного времени детали сорти­руются по диаметрам отверстий на группы и в качестве эталона для подгонки валов по наружному диаметру принимают одну деталь из группы. Преимущество такой обработки — боль­шая однородность и постоянство характера сопряжения и сни — 166

жение брака при обработке. Для сопряженного шлифования научно-исследовательским Бюро Взаимозаменяемости выпущено измерительное устройство БВ-4009 (рис. 101).

Станки с программным управлением. В ЭНИМСе разработан станок с программным управлением, предназначенный для шли­фования ступенчатых валиков одним кругом с последовательным шлифованием ступеней. Шлифование на станке может осущест-

Рис. 101. Схема прибора БВ-4009 для контроля при сопряженном шлифовании: /—блок стабилизатора и фильтра; 2—пневматический датчик (сильфонный); 3—6— пневматические сопла; 7—регулируемая пятка; 8— ограничительный упор; 9, 10—измерительные губки; 11—12—плоские пружины; 13— втулка, с которой сопрягается шлифуемый вал; 14—шлифуемый вал

вляться врезанием круга и с продольной подачей. На станке программируется допуск на размер и количество шлифуемых шеек в определенном порядке. Программа задается на пульте с помощью переключателей. Контроль размера осуществляется скобой с индуктивным датчиком, который управляет подводом шлифовальной бабки к детали с минимальным зазором, продоль­ной установкой стола, величиной его хода и переходом стола от шейки к шейке.

Станок выполнен на базе серийного круглошлифовального станка мод. ЗА 151, снабжен автоматическим приспособлением для правки круга и механизмом компенсации износа круга. Поперечная подача круга осуществляется электромеханическим механизмом подач.

Фирма «Цинциннати» (США) изготовила круглошлифоваль­ный станок с программным управлением для шлифования десяти шеек вала электродвигателя длиной около 1270 мм и диаметром шеек 60—125 мм. Станок снабжен двухкоординатной системой «Акроматик». Переключение шлифовальной бабки и стола осу­ществляется с помощью электрогидравлического серводвигателя. Станок может работать как методом врезания, так и с продоль­ной подачей. Управление станком осуществляется от перфориро­ванной ленты.

Специальный шлифовальный станок с программным управле­нием предназначен для обработки прокатных валков. Станок оснащен измерительной головкой, автоматически определяющей наибольшую глубину изношенной части на поверхности валка. Программным управлением с помощью перфорированной ленты назначаются скорости вращения и поперечные подачи, также устанавливаются исходное положение и подачи при правке кру­га. Цикл с черновым и чистовым шлифованием осуществляется автоматически на основе обратной связи от измерительного при­бора к управляющему устройству. Находят применение шлифо­вальные станки с цифровым программным управлением для об­работки штампов. При этом сокращаются затраты времени и от­падает необходимость в ручной обработке.

Автоматические линии с встроенными шлифовальными стан­ками. В послевоенные годы были выпущены автоматические ли­нии, в которые встроены шлифовальные станки. Так, например, на Харьковском станкостроительном заводе выпущены автома­тические линии для шлифования поршневых пальцев трактора, втулки звена гусеницы трактора, шатунных шеек коленчатого вала двигателя. На этом же заводе освоены автоматы мод. ХШ-255 и ХШ-257 для одновременного шлифования четы­рех коренных шеек и соосных с ними цилиндрических и торцо­вых поверхностей коленчатого вала двигателя СМД и автомат ХШ-256 для шлифования средней коренной шейки вала. Эти автоматы оснащены измерительно-управляющими устройствами. Правка шлифовальных кругов по периферии и радиусам и ком­пенсация износа кругов автоматизированы.

На Московском заводе «Станколиния» изготовлены автома­тические линии для обработки колец карданных подшипников. В автоматическую линию встроены станки для предварительно­го и окончательного шлифования наружной цилиндрической по­верхности, роликовых дорожек, дна и широкого торца кольца. Там же выпущена автоматическая линия для изготовления кла — 168

панов. В автоматическую линию встроены станки для чернового шлифования цилиндрической поверхности стервеня, торцов стержня и тарелки, получисгового шлифования цилиндрической поверхности стержня, чернового шлифования конуса тарелки, чистового шлифования цилиндрической поверхности стержня, чи­стового шлифования торцов стержня и тарелки, чистового шли­фования конуса тарелки, окончательного шлифования цилиндри­ческой поверхности стержня. Каждый участок линии состоит из четырех групп станков, между которыми установлены автомати­ческие магазины. Станки каждой группы связаны между собой полужесткой транспортной системой и могут некоторое время работать независимо друг от друга в результате задела загото­вок, находящегося в склизах и на транспортерах. Комплексная атоматическая линия позволяет увеличить производительность труда в 5 раз и уменьшить стоимость изготовления клапана на 40% по сравнению с неавтоматизированным производством кла­панов.

На Московском заводе «Станколиния» выпущены автомати­ческие линии для абразивной обработки наружных и внутрен­них колец конических роликоподшипников. Наружные кольца после термической обработки поступают на двухшпиндельный

Таблица 26

		Шлифование колец
	наружных	внутренних
Технико-экономические показатели	на авто­матичес­кой линии	иа дейст­вовавшем оборудо­вании	на авто­матичес­кой линии]	на дейст­вовавшем оборудо­вании
Количество встроенных станков. .	66	85	72	90
Количество встроенных транспортных и бункерных устройств…………………….	57	Нет	66	Нет
Производственная площадь в ма. ■	970	1190	1060	1260
Количество производственных рабо­чих в 2 смены…………………………………………	27	88	33	52
Выпуск на 1 станок в тыс. шт. . .	63,7	49,4	58,4	46,7
Выпуск на 1 м2 производственной площади в тыс. шт…………………………	4,34	3,52	3,96	3,66
Выпуск на 1 производственного ра­бочего в тыс. шт……………………………………….	156	49,6	127	81

плоскошлифовальный автомат для обработки узкого, а затем широкого торца, далее на бесцентровых круглошлифовальных автоматах осуществляется черновое и чистовое шлифование наружной поверхности кольца. Затем детали поступают на бес­центровые внутришлифовальные автоматы для чернового, полу­чистового и тонкого шлифования дорожек качения.

Внутренние кольца вначале обрабатываются на плоскошли­фовальных автоматах, далее на бесцентровых автоматах осуще­ствляется черновое шлифование дорожек качения, после чего детали поступают на бесцентровые внутришлифовальные авто­маты для обработки отверстий. Затем детали поступают на бор­тикошлифовальные автоматы для обработки опорного сфериче­ского бортика и на бесцентровые автоматы для тонкого шлифо­вания дорожек качения.

Приводим по данным СК. Б-6 сравнительные технико-экономи­ческие показатели (табл. 26) по автоматическим линиям для шлифования колец конических роликоподшипников (типы 7312, 7514 и 7518).

[1] Отставание происходит также в результате размерного износ* круга.

[2] вариант (рис. 77). Цикл состоит из ускоренного врезания 1—2, этапа установившегося процесса при черновой подаче 2—3 и этапа чистовой подачи 3—4 с постоянной скоростью. Штрихо­вой линией показана номинальная поперечная подача, сплошной линией —• действительная подача. Переключение с черновой по­дачи на чистовую происходит в точке 3 и вследствие упругого отжатия системы последний этап характеризуется замедленным выхаживанием. Для стабилизации режима обработки на послед­нем этапе цикла между этапами с черновой и чистовой подачей иногда производят реверс — отвод шлифовальной бабки, т. е. осуществляют ускоренное выхаживание. В результате экономит­ся время, затрачиваемое на снижение в системе натяга. Станки фирмы «Фортуна» работают по аналогичному автоматическому циклу. Быстрый подвод осуществляется за 4 сек. Далее черновое шлифование со съемом от 0,1 до 0,6 мм может настраиваться на время от 5 до 6 сек. После этого чистовое шлифование со съемом от 0 до 0,1 мм может настраиваться на время от 5 до 30 сек, выхаживание по реле времени от 0 до 40 сек и затем быстрый отвод 3 сек.

[3] Нормативы составлены при участии автора.

[4] Расчет выполнен инженером В. В. Мазуркевичем под руководством автора.