АВТОМАТИЗАЦИЯ ШЛИФОВАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ

На современных круглошлифовальных станках-полуавтоматах для врезного шлифования автоматизирован процесс шлифования, включающий: автоматизацию рабочего цикла шлифования, правку шлифовального круга с автоматической компенсацией износа круга, установку и закрепление обрабатываемой заготовки на станке и уп­равление всеми этапами рабочего процесса при помощи активного контроля с автоматическим отключением станка по достижению за­данного размера шлифуемой поверхности. Примером такого станка является круглошлифовальный полуавтомат мод. ЗМ151Е, предназ­наченный для врезного шлифования гладких и прерывистых цилинд­рических и пологих конических поверхностей. Станок имеет полу­автоматический цикл шлифования со следующей программой выпол­нения рабочих движений;

быстрый гидравлический подвод шлифовальной бабки к детали* включение вращения детали и насоса охлаждения;

ускоренная подача шлифовальной бабки до касания круга с за­готовкой;

черновая подача круга и подвод измерительной скобы прибора активного контроля; чистовая подача;

доводочная подача (при работе с прибором активного контроля);

Рис. 3.35. Механизм автоматического цикла врезного шлифования станка мод. ЗМ151Е

отвод шлифовальной бабки по команде прибора активного конт­роля, выключение вращения детали и насоса охлаждающей жидко­сти;

автоматическое изменение режима резания при переходе с чер­новой на чистовую подачу;

автоматическое включение правки круга с помощью реле счета количества прошлифованных деталей;

автоматическая правка круга с автоматической компенсацией из­носа круга.

Все этапы рабочего цикла шлифования обеспечиваются механиз­мом автоматической поперечной подачи. Схема работы этого меха­низма показана на рис. 3.35.

При включении быстрого подвода бабки 1 шлифовального круга к детали масло поступает в правую полость цилиндра 2 и перемеща­ет поршень 3 со штоком в сторону обрабатываемой детали. Масло одновременно поступает в левую полость цилиндра 8 и перемещает поршень 9 с рейкой и вращает шестерню 4 с торцовым клиновидным копиром 5. Быстрый подвод шлифовальной бабки прекращается, когда фланец 7 на конце штока коснется втулки 6. Дальнейшее перемещение штока для рабочей поперечной подачи осуществляется поворотом копира 5 профилем копира и скоростью его поворота определяется характер и скорость протекания процесса шлифования. После окончания шлифования и выдержки (выхаживания) поступле­ние масла переключается в левую полость цилиндра 2 и правую по­лость цилиндра 8, в результате чего шлифовальная бабка и копир возвращаются в исходное положение.

Размер шлифуемой детали обеспечивается движением шлифоваль­ной бабки до упора поршня 3 в стенку цилиндра 2 без контрольно­измерительных устройств.

При данной схеме механизма подачи точность размера шлифуе­мой детали зависит от колебания припуска на шлифование, неодно­родности режущих свойств шлифовального круга и других причин.

Метод полуавтоматического шлифования до упора может быть рекомендован для обработки деталей не выше 8—9-го квалитета точ­ности и обработки некруглых деталей (кулачков, эксцентриков), где нельзя использовать активный контроль в процессе шлифования.

Для обработки более точных деталей в схему механизма авто­матической поперечной подачи включается активный контроль шли­фуемого размера.

Активный контроль в процессе шлифования. Прибор активного контроля измеряет в процессе шлифования размер обрабатываемой поверхности и по результатам измерения сам управляет механизма­ми станка и этапами рабочего цикла шлифования. Такие приборы вмешиваются в работу станка, в ход технологического процесса и по­тому получили название приборов активного контроля.

Станок, оборудованный таким прибором, получается самоуправ­ляющимся. Рабочему достаточно установить деталь и пустить ста­нок. Остановится станок самостоятельно, по команде автоматическо­го контрольного прибора, когда деталь будет обработана до задан­ных размеров. Если нужно, такой прибор может подавать несколько команд. Например, при шлифовании прибор может заставить станок перейти от грубого шлифования к чистовому, а затем, когда нужный размер обрабатываемой детали получен, остановиться.

Понятно, что при оборудовании станков автоматическими прибо­рами активного контроля рабочему даже при точных работах не трудно одновременно обслуживать несколько станков. Производи­тельность труда рабочих резко возрастает, точность обработки, а зна­чит, и качество продукции повышаются, себестоимость снижается.

Для автоматического контроля размеров шлифуемых деталей ис­пользуют прибор 7 (рис. 3.36, о), конструкция которого во многом напоминает трех контактную индикаторную скобу. Только в верхней части корпуса добавлен новый узел: маленький электрический при­бор — датчик. Этот датчик и управляет станком, или, как часто го­ворят, подает ему команду. Датчики бывают разными, чаще всего применяют электроконтактные, пневматические и индуктивные дат­чики.

На рис. 3.36 мы видим накидную скобу 8 с электрононтактным датчиком, измеряющую заготовку 9. В датчике имеется два непод­

вижных электрических контакта 2 и 4 (левый и правый) и один под­вижный 3, закрепленный на верхнем конце поворотного углового рычага 1. Для поворота рычага служит вертикальный шток 6, при­жатый пружиной 5 к верхнему концу измерительного наконечника скобы.

В начале шлифования (рис. 3.36, о), когда диаметр обрабатывае­мой детали наибольший, шток датчика поднят вверх. Угловой рычаг отклоняется пружинкой влево, прижимая подвижный контакт к ле­вому контакту. Контакты замыкают цепь, включающую черновую
подачу шлифовального круга. По мере снятия припуска диаметр об­рабатываемой детали уменьшается и шток датчика постепенно опус­кается. Когда основной припуск снят и нужно переходить на чисто­вое шлифование, шток своим выступом поворачивает рьгчаг. Ры­чаг отходит от левого контакта вправо (рис. 3.36, б), поперечная по­дача шлифовального круга автоматически уменьшается, начинается чистовое шлифование.

Штоки датчика и скобы продолжают опускаться вниз, а угловой рычаг — поворачиваться вправо. Когда обрабатываемая деталь по­лучит заданный размер (рис. 3.36, в), рычаг датчи­ка касается правого кон­такта и станок автомати­чески выключается.

Чтобы рабочий мог пе­риодически контролиро­вать работу прибора и на­блюдать за работой станка, в нем сохранен индикатор 7, а в момент замыкания и размыкания контактов за­гораются разноцветные лампочки. При обдирочном шлифовании горит зеленая сигнальная лампочка, на­чалось чистовое шлифова­ние — зеленая лампочка гаснет и загорается белая. При выклю­чении станка включается красная лампочка, а белая гаснет.

Настраивают датчик на размеры, соответствующие окончанию обдирочного и чистового шлифования по эталонным деталям, пере­мещая левый и правый контакты с помощью микрометрических вин­тов.

Рассмотренный выше прибор осуществляет автоматический конт­роль деталей. Но чтобы прибор начал работать, нужно вручную под­вести его к обрабатываемой детали.

На современных новых и модернизированных станках широко применяются средства механизации и автоматизации загрузки и за­жима обрабатываемых деталей. Если на такие станки установить ав­томатические измерительные приборы, можно превратить их в вы­сокопроизводительные автоматы. При этом измерительный прибор должен работать без всякого участия рабочего.

Легче всего автоматизировать подвод и отвод седлообразных из­мерительных скоб. Одна из таких скоб показана нарис. 3.37 в при­менении к обычным центровым круглошлифовальным станкам. Кор­пус скобы закрепляется на штоке гидравлического цилиндра двой­ного действия. При перемещении штока скоба подводится к заготов­ке или отводится от нее.

В скобе имеется измерительный шток /, прижимающийся к заго­товке 2 усилием спиральной пружины 3. Над торцом штока с зазо­ром S помещается сопло пневматического датчика.

По мере снятия припуска со шлифуемой заготовки скоба 4 са­дится на нее глубже и зазор S между торцом штока и соплом умень­шается, вызывая изменение давления в исполнительной части дат­чика.

В необходимый момент датчик переключает поперечную подачу шлифовального круга с черновой на чистовую, а по достижении де­талью заданного размера производится выключение станка. При вы­ключении станка шлифовальный круг быстро отходит от обработан­ной детали.

Рис. 3.38. Совмещенное шлифова­ние шейки и прилегающего торца:

о — обрабатываемая заготовка, 6 — схема наладки; / — оправка для крегь ления заготовки, 2 — заготовка, 3 — шлифовальный круг, 4, 8 — направле­ния движения правящего инструмента, 5 — приспособление для правки. 6 — инструмент для правки по торцу, 7 ~ инструмент для правки по периферии круга, 9 — направление подачи круга

Одновременно при выключении станка датчик подает команду на подачу масла в соответствующую полость гидравлического цилиндра 5 и скоба отводится от детали.

Ниже приводятся технологические примеры автоматизированно­го шлифования.

Технологический пример 1. Шлифуют шейку А диаметром 58,5 мм и прилегающий торец Б на заготовке шестерни полуоси заднего моста автомобиля ЗИЛ-130, изготовленной из стали 12Х2НЧА (рис. 3.38, а). Твердость обрабатываемых поверхно­стей после термообработки HRC 56—62. Припуск на шлифование шейки А установлен 0,2 мм на сторону и соответственно на торец Б— 0,1 мм.

Операцией шлифования необходимо обеспечить следующие пара­метры:

размерная точность наружного диаметра — 0,023 мм;

отклонение от параллельности поверхности А к базовой поверх­ности отверстия С не должно превышать 0,04 мм;

отклонение от перпендикулярности торца Б к опорной поверх­ности С не должно превышать 0,03 мм;

шероховатость поверхности А должна быть Ra = 0,63-=-1,0 мкм, поверхности Б Ra = 1,0 4-І,2 мкм.

Установка заготовки на станке должна быть по базовому отвер­стию Q39,7+0’17. Поскольку базовое отверстие заготовки недостаточ­но точное, установка и крепление заготовки осуществляются на разжимной оправке с пневматическим или мембранным зажи­мом.

Наладка предусматривает шлифование двух прямолинейных по­верхностей А и Б, поэтому для профилирования круга нет необходи­мости применять копирную правку, а можно ограничиться последо­вательной правкой двумя алмазно-металлическими карандашами (с центральным расположением алмазных зерен), каждый из которых ориентирован для правки одной режущей поверхности на круге {рис. 3.38, б). Заготовка в осевом положении ориентируется на стан­ке осевым локатором по торцу Б. Шлифование ведется на торце­круглошлифовальном станке с прибором активного контроля по шли­фуемой цилиндрической поверхности А.

Технологический при мер 2. Примером совмещен­ного торцекруглого шлифования с применением копирной правки яв­ляется одновременное шлифование трех шеек и одного прилегающе­го торца на поворотном кулаке автомобиля ЗИЛ-130 (см. рис. 3.27).

Технологические особенности данной операции состоят в том, что крайние обрабатываемые шейки разнесены на 70 мм друг от друга и при этом необходимо обеспечить размерную точность шейки 17 мкм и шероховатость поверхности Ra 0,4 мкм на незакаленной стали марки 40Х в условиях поточной обработки в автоматической линии.

Для выполнения этих требований совмещенного шлифования не­обходимо обеспечить прецизионную правку кругов с минимальными упругими отжатиями в правящем коп ирном устройстве и вести шли­фование при сравнительно невысокой интенсивности резания, чтобы сохранить возможно дольше микрорельеф режущей поверхности и профиль круга, а также не вызывать значительных отжатий в систе­ме станок — приспособление — инструмент — деталь. Этим можно объяснить, что, несмотря на хорошую подготовку детали до шлифо­вания и снятия сравнительно малых припусков 0,4—0,3 мм на диа­метр, шлифование ведется при уменьшенной подаче круга (черновой поперечной подаче 0,8 мм/мин и чистовой подаче 0,2 мм/мин). Вре­мя рабочего цикла составляет 50 с. Период стойкости круга между правками 30 деталей. Для данной операции копирная правка одно­кристальным алмазом является наиболее экономичной и простой.

Этот метод правки позволяет регулированием профиля и положе­ния копира доводить размеры одновременно шлифуемых поверхно­стей до требований чертежа, компенсировать упругие отжатия систе­мы станок — приспособление — инструмент — деталь и другие по­грешности, вызванные неравномерным распределением припуска и неоднородностью режущих свойств шлифовального круга.

Совмещенное шлифование поворотных кулаков на низких попереч­ных подачах обеспечивает длительную эксплуатацию кругов. Один комплект кругов работает 6 мес и обрабатывает 50—55 тыс. деталей.

Этот пример показывает, что совмещенное шлифование прецизи­онных поверхностей на низких подачах с удлиненным циклом обра­ботки полностью компенсируется высокой надежностью технологи­ческого процесса и отсутствием Длительных простоев станка на сме­ну кругов и подналадки.

Эти условия особенно важны для бесперебойной работы шлифо­вальных станков в автоматических линиях. Существенным недостат­ком однокристальной копирной правки широких кругов является значительное время правки круга, которое достигает 10—15 % ра­бочего времени станка и также влияние износа и затупления одно­кристального алмаза на качественные показатели шлифования. По этой причине в некоторых новых конструкциях станков для совме­щенного шлифования применены профильные алмазные ролики, со­ответствующие контуру шлифуемой поверхности, которые в процессе правки методом врезания формируют заданный профиль шлифоваль­ного круга. В этом случае время правки мало зависит от ширины шлифовального круга и уменьшает до 3—5 % простой станка на правку. В ряде случаев правка роликом по времени совмещается со сменой обрабатываемой детали и не вызывает длительного простоя станка. Важным преимуществом правки роликами является стабиль­ность качества обработки за период всей стойкости ролика из-за исключительно малого износа и усреднения результатов правки большим числом одновременно работающих алмазных правящих зерен.

Наибольшая эффективность применения алмазных роликов про­является при совмещенном шлифовании нескольких поверхностей профильным кругом. В этом случае алмазный ролик принимает на себя технологическое обеспечение размеров и положения шлифуе­мых поверхностей без участия и влияния оператора, поддерживает условия «вечной» наладки с высокой надежностью получения за­данных параметров качества обработки.

Технологический пример 3. Эффективность сов­мещенного шлифования широкими кругами с правкой круга алмаз­ным роликом очевидна на примере шлифования шеек вторичного ва­ла коробки передач автомобиля ЗИЛ-130, где шлифованию подвер­гаются одновременно гладкие и шлицевые поверхности шеек и при­легающие торцы.

На первом станке три прилегающие друг к другу шейки и торец (см. рис. 3.28, II) шлифуются одновременно широким профильным кругом. Опорный торец, прилегающий к этой шейке, используется для осевой установки вала по локатору. Этим обеспечивается на­именьший припуск по торцу и соблюдение осевых размеров шеек. Одновременное шлифование гладкой и шлицевой поверхностей ис­ключает появление вибраций, обычно характерных для шлифования разобщенных поверхностей. Активный контроль по гладкой более точной шейке автоматически обеспечивает заданный размер шлице­вых шеек.

На втором станке применена двухкруговая наладка, состоящая из одного широкого профилированного круга для одновременного шлифования двух шеек прилегающего торца и узкого круга для со­вмещенного шлифования шейки и торца (см. рис. 3.28, I).

Учитывая условия совмещенного шлифования, разобщенной об­рабатываемой поверхности и прецизионный характер операции, ра­бочий цикл шлифования имеет трехступенчатую систему подач: чер­новая 1,2 мм/мин — снимает 65 % припуска, получистовая 0,4 мм/мин — снимает 25 % припуска и на долю чистовой подачи величиной 0,1 мм/мин приходится 10 % общего припуска. Чтобы уменьшить упругие отжатия в системе станок — приспособление — инструмент — деталь и ослабить влияние износа и разных скоростей резания на участках наибольшего и наименьшего диаметров круга, необходимо поддерживать высокие режущие свойства кругов и ча­ще править круг, поэтому период стойкости между правками выбран сравнительно небольшим — 10—15 деталей. Практически принуди­тельная автоматическая правка включается после 15 мин работы станка. Однако время правки алмазным роликом составляет всего 30 с, правка почти совмещается по времени со сменой обрабатывае­мых деталей и поэтому почти не вызывает дополнительного простоя станка.

Правящий алмазный ролик имеет принудительное встречное вра­щение со скоростью 60 м/мин. Общая стойкость ролика составляет 6—8 мес работы. Так как в алмазном ролике износ связки значи­тельно опережает износ алмазов, периодическое наращивание связ­ки повышает долговечность ролика до двух раз.

Ранее выполняемое раздельное шлифование на шести станках заменено совмещенным шлифованием этих шеек на двух станках и высвобождением 9 рабочих, точность взаимного расположения шеек увеличилась в два раза. Станки для совмещенного шлифования вто­ричных валов полностью автоматизированы, включая загрузку, ус­тановку, осевую локацию и зажим детали, рабочий цикл шлифова­ния, активный контроль, принудительную правку алмазными роли­ками и разгрузку после обработки. Комплексная автоматизация опе­раций совмещенного шлифования позволила объединить обслужива­ние двух станков одним рабочим. Таким образом, производитель­ность рабочего на этих операциях увеличилась на 290 %.

Технологический пример 4. Многокруговое сов­мещенное шлифование используется для одновременной обработки далеко разнесенных друг от друга шеек на длинных валах.

В качестве примера многокругового шлифования можно привести одновременное шлифование шеек коленчатого вала ЗИЛ-130 (см. рис. 3.26).

Технологическая особенность данной операции состоит в том, что разными кругами, работающими в одном автоматическом цикле, не­обходимо обработать шейки, расположенные по всему валу длиной 800 мм с колебанием припуска на шлифование в пределах 0,7 мм на

диаметр и получить на всех обрабатываемых шейках размерную точ­ность в пределах 20 мкм, геометрическую точность 5 мкм, соосность всех шеек в пределах 5 мкм и шероховатость поверхности Ra — = 0,4 мкм.

Для этой цели применяются станки повышенной жесткости с двух — опорным креплением шпинделя и прямым расположением шлифо­вальных кругов. В отличие от станков консольного исполнения, где шпиндель станка жестко закреплен на опорах шлифовальной бабки и установка кругов происходит непосредственно на шпинделе стан­ка, на двухопорных станках шпиндель с набором кругов представ­ляет собой автономный съемный узел, благодаря чему установка и балансировка кругов происходят вне станка на запасном шпинделе.

Съемный двухопорный шпиндель станка состоит из массивного неподвижного вала, на котором вращается на подшипниках качения гильза, несущая шлифовальные круги. Расстояние между кругами в общем наборе регулируется промежуточными кольцами.

Для многокруговых наладок с общей длиной шлифования выше 500 мм прецизионные круги изготовляются и поставляются комплек­тами. На каждом круге, входящем в комплект, обозначается номер комплекта и порядковый номер круга в комплекте, дисбаланс в грам­мах и его расположение. В отличие от обычных операций шлифова­ние, где дисбаланс круга компенсируется перемещением балансиро­вочных сухарей на фланцах, при многокру говой наладке баланси­рование осуществляется при сборке комплекта кругов на шпинделе путем поворота каждого круга относительно другого, с тем чтобы тяжелые части каждого круга располагались равномерно по окруж­ности (см. с. 35).

Правка всех кругов выполняется одновременно. Для этого каж­дый круг имеет автономное правящее устройство с алмазом, однако все они расположены на одном столе, поэтому продольная подача алмазов и правка всех кругов осуществляются одновременно. Каж­дое правящее устройство имеет самостоятельную автоматическую импульсную подачу алмаза на врезание. Импульсная подача алмаза осуществляется кнопочным управлением. При каждом нажиме кноп­ки алмаз выдвигается на 1,25 мкм. Это позволяет при наладке стан­ка кнопочной настройкой алмазов компенсировать неоднородность режущих свойств шлифовальных кругов, упругие отжатия, колеба­ния припуска на разных шейках и другие технологические погреш­ности. Измерительные скобы и средства активного контроля уста­новлены по крайним шейкам, с тем чтобы при наладке станка иметь возможность выверить параллельность стола к оси центров передней и задней бабок и постоянно контролировать эти параметры в процес­се шлифования.

Для уменьшения упругих отжатий шлифуемого вала на станке применен следящий люнет, подпирающий среднюю шейку. В про­цессе шлифования, по мере уменьшения диаметра шейки, опоры люнета автоматически перемещаются и поддерживают постоянный поджим к шейке. Для стабилизации режущих свойств кругов станок имеет механизм автоматического наращивания числа оборотов по ме­ре износа кругов, чтобы сохранять постоянной скорость резания.

Совокупность перечисленных технических решений позволяет стабильно обеспечить многокруговое прецизионное шлифование всех шеек, по качеству значительно превышающее раздельное шлифова­ние. Соосность всех шеек при многокруговом шлифовании оказалась примерно в 3—4 раза точнее раздельного шлифования, в результате этого повысилась долговечность вкладышей коренных подшипников в автомобильных двигателях.

Учебно-производственное задание по теме

«Автоматизация шлифовальной обработки»

1. Перечислите составные части операции шлифования, которые автоматизированы на современных круглошлифовальных полуавто­матах и автоматах.

2. Нарисуйте типовую схему рабочего цикла шлифования (см. рис. 3.1) и объясните, как осуществляются автоматизированные эта­пы рабочего цикла на круглошлифовальном полуавтомате мод. ЗМ151Е (см. рис. 3.35).

3. Изучите принцип работы приборов активного контроля и объясните роль активного контроля в осуществлении операции ав­томатизированного шлифования.

4. Внимательно познакомьтесь с технологическими особенностя­ми автоматизированного шлифования в технологических примерах 1—4 и ответьте на следующие вопросы:

какие способы автоматизированной правки круга применяются и в каких случаях каждый из них целесообразно применять?

в каких случаях нужно применять торцекруглошлифовальные и многокруговые станки?

почему на торцешлифовальных автоматизированных станках при­меняют локатор осевой ориентации обрабатываемой заготовки по одному из шлифуемых торцов?