НА КРУГЛОШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКАХ

3.1. ТЕХНОЛОГИЯ КРУГЛОГО НАРУЖНОГО ШЛИФОВАНИЯ

Технологические особенности. Круглое наружное шлифование является наиболее распространенным видом шлифования, поэтому на его примере рассмотрим основные закономерности процесса шли­фования.

Обработка на круглошлифовальных станках ведется методом мно­гопроходного шлифования, где за каждый оборот обрабатываемой заготовки снимается определенный припуск. Величина снимаемого припуска за каждый оборот заготовки или глубина срезаемого слоя / не остается постоянной, она изменяется на протяжении всей опера­ции и определяет структуру рабочего цикла шлифования.

Типовая схема рабочего цикла шлифования состоит из четырех этапов: врезания, чернового съема, чистового съема и выхаживания (рис. 3.1). Этап врезания АВ характеризуется ускоренной попе­речной подачей шлифовального круга, вызывающей непрерывное увеличение глубины срезаемого слоя / за счет нарастания упругого натяга в системе станок — приспособление — инструмент — де­таль. Достигнув заданного миксимального значения /, поперечная подача круга замедляется, стабилизируется глубина срезаемого слоя и начинается второй этап чернового съема БВ, при котором удаля­ется до 60—-70 % общего припуска. Перед началом третьего этапа ВГ поперечная подача круга снова снижается и чистовой съем ме­талла протекает при непрерывно уменьшающейся величине /, спо­собствующей повышению геометрической и размерной точности шли­фуемой поверхности. На последнем этапе выхаживания ГД попе­речная подача круга прекращается, величина / быстро уменьшается, достигая минимального значения. На этом этапе окончательно фор­мируется качество шлифуемой поверхности. Таким образом, изменяя глубину срезаемого слоя, удается в рамках одной операции снимать неограниченный припуск, исправлять погрешности предшествую­щей обработки и получать заданные параметры точности и шерохо­ватости поверхности.

Применяют продольное и врезное шлифование. Основные опе­рации выполняемые методами продольного и врезного шлифования приведены в табл. 3.1.

Метод продольного шлифования (табл. 3.1, п. 1—4) более уни­версальный, одним шлифовальным кругом можно обрабатывать по­верхности разной длины. При продольном шлифовании круг изна­шивается более равномерно и не оказывает заметного влияния на цилиндричность шлифуемой поверхности, поэтому применяют более мягкие круги, работающие в режиме самозатачивания, которые не
требуют частой правки и обладают повышенной режущей способно­стью. Продольным шлифованием достигается наименьшая шерохо­ватость, минимальное тепловыделение и лучшее качество шлифуе­мой поверхности. Применяется для обработки цилиндрических и конических поверхностей значительной длины (свыше 50 мм).

На станках, работающих по методу врезного шлифования обра­батываемая заготовка вращается в центрах неподвижного стола. Шлифовальный круг высотой, перекрывающей длину шлифуемой по­верхности, получает непрерыв­ную поперечную подачу и од­новременно обрабатывает всю длину заготовки (табл. 3.1, п. 5— 12). Износ круга непо­средственно влияет на геометри­ческую точность шлифуемой по­верхности. Поэтому при врезном шлифовании выбирается круг повышенной твердости, который быстрее затупляется и требует более частой принудительной правки.

Этот метод широко приме­няется для обдирочного и чи­стового шлифования коротких поверхностей при помощи одно­го широкого или нескольких более узких кругов различной высоты и профиля. Преимуще­ства врезного метода состоят в следующем:

поперечная подача круга производится непрерывно, а не в конце каждого прохода стола, что способствует увеличению производи­тельности;

шлифуются прямые, конические и фасонные поверхности про­фильным кругом, а также одновременно цилиндрические и торце­вые поверхности;

можно применять многокруговое шлифование с одновременной обработкой нескольких поверхностей на одной заготовке (табл. 3.1, п. 8).

Врезное шлифование наиболее эффективно в серийном и массо­вом производстве. Станки для врезного шлифования отличаются вы­соким уровнем механизации и автоматизации рабочих движений, правки круга, измерения, в процессе шлифования, загрузки и креп­ления обрабатываемой детали.

Выбор операции шлифования. Применяются операции обди­рочного, предварительного, окончательного и тонкого шлифо­вания.

Обдирочное шлифование предусматривает обра­ботку по-черному, без предварительной токарной операции. В отли­чие от токарной обработки обдирочное шлифование обеспечивает более высокую точность обработки по 8—9-му квалитету и меньшую шероховатость поверхности Ra — 2,5—5,0 мкм, не требует последу­ющего предварительного шлифования. Его применение целесооб­разно при наличии точных заготовок или заготовок, имеющих пло­хую обрабатываемость лезвийным инструментом.

Предварительное шлифование обычно выполня­ется после токарной обработки, чаще до термообработки для созда­ния базовых поверхностей или в качестве промежуточной операции для подготовки поверхности к окончательной обработке. На опера­циях предварительного шлифования достигается точность по 6—9-му квалитетам и шероховатость поверхности Ra = 1,2—2,5 мкм.

Окончательным шлифованием достигается точ ность обработки по 5—6-му квалитетам и шероховатость поверхно­сти Ra = 0,2—1,2 мкм.

Тонкое шлифование применяется главным образом для получения шероховатости поверхности Ra = 0,025-90,1 мкм. Оно требует очень хорошей предварительной подготовки, так как

припуск при тонком шлифовании не превышает 0,1— — 0,2 мм на диаметр. Применение тонкого шлифования возможно при наличии прецизионного станка и специальных кругов, оно эко­номически целесообразно лишь в условиях индивидуального и мел­косерийного производства. В массовом производстве высокие пара­метры шероховатости поверхности более производительно и надеж­но обеспечиваются на отделочных станках.

Применительно к перечисленным операциям шлифования вы­пускаются станки разной степени (классов) точности; Н — нормаль­ной, П — повышенной, В — высокой, А — особо высокой точности и С — особо точные станки.

Общие рекомендации по выбору технологических параметров шлифования заготовок из стали даны в табл. 3.2.

Определение припуска. Величина припуска на шлифование за­висит от размеров обрабатываемой детали, от состояния заготовки до шлифования (отклонения геометрической формы, точности базо­вых поверхностей и др.). Чем длиннее заготовка и больше ее диа­метр, тем больший должен быть припуск. При закалке заготовка деформируется, поэтому для шлифования закаленных заготовок припуск должен быть увеличен.

Рекомендации для выбора припуска даны в табл. 3.3.

3.3. Припуски иа круглое шлифование Диаметр детали, мм Детали: 3 — закален­ные, Н — не­закаленные Длина детали, мм до 100 100—400 400—800 8С0—1200 Припуск иа диаметр, мм До 10 н 0,15—0,25 0,20—0,30 3 0,20—0,30 0,25-0,35 — ___ 10—18 н 0,20-0,30 0,20—0,30 — ___ 3 0,25—0,35 0,30—0,40 ___ ___ 18—30 н 0,25—0,35 0,20—0,35 0,25—0,40 ___ 3 0,25—0,40 0,30—0,45 0,35—0,50 — 30—50 н 0,25—0,40 0,25 -0,40 0,30—0,45 0,40—0,55 3 0,35-0,50 0,45—0,55 0,45-0,60 0,55—0,65 | 50-120 I н 0.30— 0, 45 0,30—0,45 0,30—0,45 0,40—0,55 1 3 I 0,40—0,55 1 0,45—0,60 1 0,50—0,65 0,60—0.75 120—180 н 0,40—0,55 0,40—0,55 0,40—0,55 0,40—0,55 3 0,50—0,60 0,55—0,70 0,60-0,75 0,65—0,80 180—260 н 0,45—0,60 0,45—0,60 0,45—0,60 0,45—0,60 3 0,55—0,70 0,60- 0,75 0,65—0,80 0,70-0,85 260—360 н 0,55—0,70 0,50—0,70 0,50-0,70 0,50-0,70 3 0,60—0,80 0,65-0,85 0,70—0,85 0,80—1,00 При мер пользования табл. 3.3. Определить припуск для шлифования в центрах шейки вала из стали 45 (HRC 48—50) диаметром 65 мм н длиной 200 мм.

Решение: I. Диаметр заготовки 65 мм попадает в интервал 50—

120 мм. Длина заготовки 200 мм попадает в интервал 100 —400 мм. Поскольку

заготовка закаленная, рассматривают нижнюю строку 3 (все эти значения в табл. 3.3 обведены рамкой).

2. На пересечении горизонтальной и вертикальной строки получают ре­комендуемый припуск 0,45—0,60 мм. В нашем случае диаметр 65 мм и длина 200 мм заготовки ближе к минимальным значениям соответствующих интер­валов диаметра 50—120 мм и длины 100—400 мм, поэтому выбирают припуск, близкий к минимальному — 0,5 мм.

Более точно припуск определяют интерполированием.

Выбор режимов шлифования. Режимы шлифования выбираются в такой последовательности:

Таблица

а) выбирают скорость шлифоваль­ного круга Окр, м/с б) уточняют 0„р с учетом допусти­мой максимальной скорости на дан­ном станке в) определяют частоту вращения круга пкр, об/мин Выбирают характеристику шлифо­вального круга а) выбирают скорость вращения заготовки v3, м/мнн б) определяют частоту вращения заготовки Пз, об/мин в) уточняют п3 по принятым обо­ротам шпинделя Выбирают продольную подачу S«, мм/об, SM, мм/мин Выбирают подачу на глубину шли­фования: а) при врезном шлифовании мм/мин б) при шлифовании с продольной подачей t*, мм/ход; tax, мм/дв. ход в) уточняют значение подачи на глубину по коэффициентам К і, Кз, *з Определяют основное технологиче­ское время То, мин

А. Выбор скорости шлифовального круга окр. С повышением окр от 30 до 60 м/с значительно увеличивается эффективность шлифова­ния: повышается производительность съема металла в 1,3—1,6 раза, увеличивается стойкость круга в 1,5—3 раза, уменьшается шеро­ховатость шлифованной поверхности, износ круга и силы резания.

chipmaker. ru ^

Ограничениями в повышении vKp являются: допустимая пкр по паспорту данного станка; увеличенное тепловыделение с опасностью прижогов на шлифу­емой поверхности;

возможность появления вибраций на станке.

В табл. 3.4. даны рекомендуемые диапазоны пкр для разных опе­раций шлифования, применительно к массовому и крупносерийно­му производствам. В единичном и мелкосерийном производствах, где на одном станке выполняются различные шлифовальные работы, обычно применяется Цкр = 35 м/с, которая допускается на всех кру­глошлифовальных станках.

3.4. Выбор скорости шлифовального круга окР, м/с Обрабатываемый материал Диапазоны рекомендуемой скорости круга, м/с до термообработки после термообработки Конструкционные стали 35—60 35—50 Цементируемые стали 35—60 30—40 Высоколегированные быстрорежу- 35—50 30—40 щне стали Серый чугун 35—50 — Высокопрочный и ковкий чугун — — 30—50 Жаропрочные и титановые сплавы 35—40 30—35

После выбора пКр определяют частоту его вращения пкр (об/мин) по формуле

_ 1000-60чцр

Зная частоту вращения электропривода пэ, при необходимости определяют передаточное отношение диаметров ведущего и ведо­мого d2 шкивов, обеспечивающих заданную частоту вращения круга

В процессе шлифования, но мере износа круга, увеличивают его частоту вращения, чтобы поддерживать заданную пкр. Это достига­ется изменением отношения шкивов d, и d2.

Примеры по расчету скорости и частоты вращения круга

Пр и мер 1. Шлифовальный круг имеет следующую маркировку. ПП 500x 50x 305 35 м/с. На какой максимальной частоте вращения шпин­деля пкр допускается его эксплуатация?

Б. Выбор шлифовального круга. Наружный диаметр круга вы­бирают наибольшим, рекомендованным паспортом данного станка. Диаметр посадочного отверстия круга также обусловлен паспортом станка.

Высоту (ширину) круга при шлифовании с продольной подачей выбирают максимальной, допустимой защитным кожухом станка. При врезном шлифовании высота круга должна быть на 4—6 мм больше длины шлифуемой поверхности. Если круг перекрывает шлифуемую шейку менее чем на 3 мм, то на ней могут остаться сле­ды рисок. При врезном шлифовании с осциллированием шлифо­вального круга высота круга должна быть больше длины шлифуемой поверхности на 4—6 мм плюс величина размаха осцилляции круга.

Рекомендации по выбору формы (типа) круга даны на с. 24; класса точности — на с. 27; класса неуравновешенности — на с. 28.

Уточненную характеристику круга выбирают но табл. 3.5 в за­висимости от обрабатываемого материала, требований достигаемой точности обработки шероховатости шлифованной поверхности.

Пример. Выбрать характеристику круга для операции окончатель­ного врезного шлифования гладкой шейки диаметром 50_0,02 стального зака­ленного вала (HRC55). Шероховатость шлифованной поверхности должна быть не выше Ra = 0,8 мкм.

Решение. Для заданных параметров шлифования (сталь HRC 55, точность обработки 0,02 мм, Ra = 0,8 мкм, врезное шлифование гладкой шей­ки) соответствует 4-я строка в табл. 3.5 со следующими параметрами харак­теристик круга: марка абразивного материала 25А — 91 А, зернистость 20—25, твердость Cl — СТ1, структура 4—5, связка — К.

Окончательно выбирают: электрокорунд белый — 25А, как более под­ходящий для обработки высокотвердых сталей; зернистость 20—обеспечивает минимальную шероховатость, твердость С2 — повышенная твердость круга ■обеспечит лучшую кромкостойкость, что важно при врезном шлифовании; ■структура 4 — при шлифовании высокотвердых сталей образуется более мел­кая стружка, поэтому нет необходимости применять более открытую структу­ру круга.

Окончательная характеристика круга: 25А20С24К

В. Выбор скорости вращения заготовки v3 Скорость вращения за­готовки и3 выбирают в зависимости от скорости шлифовального кру­га окр и обрабатываемого материала (табл. 3.6). С увеличением скоро­сти круга оКр необходимо увеличивать v3. В среднем соотношение

между — колеблется в пределах 40—80.

3.6. Скорость вращения заготовки va Скорость круга Укр, м/с г/3, м/мкн. при обработке стали чугуна HRC<30 HRC 30-50 HRO50 серого прочного 30—35 45—50 20—25 25—30 25—35 30—40 35—45 40-50 20—25 25—30 30—35 35—40

Для материалов, склонных к лрижогам и трещинам, выбирают значения ^ = 40—60. При обработке несимметричных, плохо

сбалансированных заготовок, а также при шлифовании некруглых деталей по копиру (например, кулачков распредвалов) выбирают ми­нимальные скорости вращения заготовки, порядка 5—15 м/мин.

При пользовании табл. 3.6 значение для v3 следует выбирать ближе к верхнему пределу (при шлифовании закаленных заготовок), так как с увеличением сокращается время воздействия источника теплоты и уменьшается опасность образования прижогов на шли­фуемой поверхности. Следует учитывать, что с увеличением v3 мо­гут возрасти вибрации (особенно при обработке неуравновешенных заготовок), увеличивается разбрызгивание рабочей жидкости, по­вышается износ центров, усиливается опасность вырывания заготов­ки из центров, поэтому, когда нет опасности прижогов (при об­работке незакаленных стальных и чугунных заготовок) v3 выбирает­ся по нижнему пределу.

После выбора ц, определяют частоту вращения заготовки п3 (об/мин) по формуле п3 = 10°"3 где d3 — диаметр заготовки, и

окончательно уточняют и8 по принятым оборотам шпинделя.

Г. Выбор продольной подачи. Различают продольную подачу: на оборот заготовки — S() (мм/об) и подачу в минуту — SM (мм/мин).

Подачу S0 выбирают в зависимости от высоты круга В (мм) и ха­рактера выполняемой операции шлифования, определяемого ко­эффициентом Кр (табл. 3.7)

s0=K„B.

‘АЛ. Продольная подача стола на один оборот заготовки So, мм/об Характер шлифования Продольная подача So=K*B Примечание Обдирочное (0,7-i-0,8) В Кш — коэффициент, учнты- вающий характер шлифования Предварительное (0,554-0,65) В В — высота шлифовального Окончательное (0,24-0,3) В круга

Минутная подача SM = S0n3, где п3 — число оборотов заготов­ки, мин. Зная SM и длину рабочего хода стола станка Lpx, можно определить число двойных ходов

Lрх меньше длины шлифуемой поверхности I на [6]/3 В, так как в процессе шлифования при каждом продольном ходе стола круг вы­ходит с обоих концов заготовки лишь на V3 своей высоты

^рх = /щ—— В■

Пример расчета продольной подачи для продольного шлифования

Пр и м е р. Предварительно шлифуется закаленный вал (HRC48) методом продольной подачи. Скорость шлифования окр = 35 м/с, высота кру­га В — 63 мм. Длина шлифуемой заготовки L3 — 250 мм, диаметр d = 60 мм Определить продольную минутную подачу SM и число двойных ходов сто­ла л„х.

Решение. Число двойных ходов стола пДї и продольная подача SM определяются по формулам:

2Lpx

Вначале определяют скорость вращения заготовки. По табл. 3.6 для ско роста круга пкр = 30—35 м/с и стали твердостью HRC 30—50 рекомендуемый диапазон скоростей заготовки составляет 25—35 м/мин. Поскольку значения скр = 35 м/с и твердость матерала заготовки HRC48 близки к максимальным в данных диапазонах, выбираем v3 — 34 м/мин. Тогда

1000-и.,

1000-34

3,14-60

По табл. 3.7. находят значение Кв. Для предварительного шлифования рекомендуемые значения К„ — 0,55-40,65.

Принимаем Кв— 0,6, тогда SM = КвВп3 = 0,6-63-180=6804 мм/миняг яг6,8 м/мин.

Число двойных ходов определяют по формуле

Длина рабочего хода

Lpx = 1Ш — — В =250 — —-63 = 229 мм.

3 3

8604 дх

Число двойных ходов п„V = = 15 — .

м 2-229 мин

Д. Выбор подачи на глубину шлифования. Различают подачу: на оборот заготовки t0 (мм/об) при врезном шлифовании; на одинар­ный ход стола j’x (мм/ход или на двойной ход стола /дх (мм/дв. ход) при шлифовании с продольной подачей; в минуту tM (мм/мин). Между этими подачами на глубину имеются следующие зависимости:

при врезном шлифовании tM = t0n3

при шлифовании с продольной подачей tM = txny или /м = /дх« = <ДХПДХ, где ппх — число двойных ходов в мин (дв. ход/мин).

В табл. 3.8 и 3.9 даны рекомендации по выбору подачи на глубину.

3.8. Подача на глубину tK при шлифовании врезанием Шири­на шли­фования. Средняя поперечная подача /м, мм/мнн, прн диаметре шлифуемой шейки d3. мм мм до 16 25 40 60 100 160 Св. 160 До 16 1.5 1,3 м 1,0 0,85 0,75 0,7 25 1,3 1,1 1,0 0,9 0,75 0,65 0,6 40 1,15 1,05 0,9 0,75 0,65 0,55 0,5 60 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,45 100 0,85 0,75 0,65 0,6 0,5 0,45 0,4

3.9. Подача на глубину tx при шлифованни с продольной подачей Скорость вращения заготовки оа, м/мнн Подача на глубину 1т. мм/ход при продольной подаче So, мм/ход (0,2-=-0,3) В (0,554-0,65) В (0.74-0,8) В 10—20 0,02 0,018 0,016 21—30 0,016 0,014 0,012 31—40 0,012 0,09 0,008 41-50 0,008 0,07 0,005

Примеры расчета подачи иа глубину

при продольном и врезном шлифовании

Пример 1. Методом продольной подачи предварительно шлифует­ся гладкий вал длиной 300 мм до диаметра 70_„iO4. Материал заготовки — сталь 40Х твердостью HRC50. Припуск на обработку 0,50 мм (на диаметр). Выбранная скорость вращения заготовки о3 == 28 м/мин, число двойных хо­дов стола пдх = 14 дв. ход/мин, скорость шлифовального круга пкр = 45 м/с при диаметре £>кр = 600 мм и высоте круга В = 100 мм.

Определить подачу на глубину tM.

Решение. Вначале в табл. 3.9 определяют табличное значение /х по скорости заготовки vs = 28 м/мин н продольной подаче на один оборот в до­лях высоты круга S0. По табл. 3.7 для предварительного шлифования прини­мается S0 = 0,6; /х = 0,007 мм/ход.

Уточняют значение tx по коэффициентам Kj, К2 и К з. В табл. 3.10 нахо­дят поправочные коэффициенты — 1,1. (для обработки закаленной углеро­дистой стали на скорости ркр = 45 м/с, К2 = 1,0 (для точности обработки 0,04 мм и припуске на сторону 0,25 мм); К3 = 1,0 (для обработки гладкой по­верхности кругом с диаметром £)кр = 600 мм).

3.10. Коэффициенты для уточнения подачи на глубину

Aj — коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала н скорости круга, — от припуска и точности обработки, Кз— от диаметра круга и ха­рактера поверхности.

Коэффициент Kl Скорость круга, м/с Сталь углеродистая Сталь инструмен­тальная легированная Чугун незака­ ленная закаленная незака­ ленная закаленная серый прочный 25 0,9 0,8 0,8 0,6 1,1 0,8 35 1,1 1,0 1,0 0,8 1,3 1,0 50 1,4 1,2 1,2 1,0 1,5 1,2

Коэффициент Kl Точность обработки, мм К, при припуске а на сторону, мм 0,1 0,2 0.3 0,4 0,5 0,01—0,02 0,5 0,6 0,7 _ 0,025—0,03 0,7 0,8 0,9 1,0 — 0,04—0,05 0,9 1,0 М 1,2 0,06—0,1 —* — 1,5 1,7 1.9

Коэффициент Кз Диаметр круга Скр. мм Характер поверх­ности Диаметр круга Dкр, мм Характер поверх­ности гладкая шлицевая гладкая шлицевая 300—450 500—650 0,8 1,0 0,9 1,1 700—900 in 1,2

Тогда tx = 0,007-1,1 ■ 1,0-1,0 « 0,008 мм’ход,.

Окончательно вычисляют поперечную минутную подачу tM ~ 0,008-28 —

— 0,224 мм! мчи « 0,22 мм/мин.

Пример 2. Методом врезного шлифования обрабатывается шейка стального закаленного вала, диаметр шлифуемой шейки 50 мм, ширина шли­фования — 30 мм. Определить величину поперечной подачи tM (мм/мин).

Решение. По табл. 3.8 ширина шлифования попадает в интервал от 25 до 40 мм, диаметр шлифуемой шейки в интервал от 40 до 60 мм. На пересе­чении строк с выбранными интервалами находят значения — 0,75 мм/мин. В нашем случае значение ширины шлифовании (30 мм) ближе к минимальному значению интервала (25 мм), поэтому выбирают значение поперечной подачи 7м ~ 0 ,80 ммі’мин.

Е. Расчет основного (технологического) времени. Основное (тех. нологическое) время Т„ (мин) определяется по формуле Т0 =5 /———

ДА ПДХ

— при шлифовании с продольной подачей, Г() = — при врез*

>м

ном шлифовании.

Примечание. В учебных целях приводится упрощенная формула определения Т0. На практике подача на глубину меняется на всех этапах рабочего никла шлифования (ем. с. 37) и это необходимо учитывать при нор­мировании шлифовальных работ.