ПРИТИРКА КОНИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Технологические особенности. Конические поверхности обра­батывают с помощью промежуточного инструмента — притира и • взаимной притиркой сопрягаемых поверхностей.

С помощью притиров обрабатывают поверхности деталей, к которым предъявляются высокие требования по точности геомет­рической формы и шероховатости обработанной поверхности. Од­нако этот способ стабильно не обеспечивает требуемую точность угла наклона образующих сопрягаемых поверхностей. Для обе­спечения одноконусности сопрягаемых поверхностей наиболее эффективным процессом является взаимная их притирка. Часто взаимная притирка является единственным методом обработки конических поверхностей (например, пробковых кранов и подобных им из­делии).

По технической оснащенности раз­личают ручную, машинно-ручную, ме­ханическую и вибрационную притирку конических поверхностей. В зависи­мости от контакта поверхностей инст­румента и обрабатываемой детали различают притирку по методам объ­емного контакта и сочетания линейно­го и объемного контактов. По методу объемного контакта (рис. 54) прити­раемые поверхности контактируют по всей длине, поэтому обеспечить высо­кую прямолинейность образующих-ко­нуса и малую шероховатости обрабо­танной поверхности трудно.

При притирке методом объемного контакта деталь и инструмент совер­шаю? главное движение (циклически повторяемые возвратно-вращательные движения), круговую подачу (угловое смещение при каждом цикле главного движения и вспомогательное движе­ние (периодическое отрывание притираемых поверхностей). Главное движение и круговая подача являются рабочими дви­жениями. При притирке конических поверхностей методом объ­емного контакта рабочему движению соответствует линейная скорость колебательного движения точек обрабатываемой по­верхности:

где ок± — линейная скорость главного (колебательного) движе-

ния (знак плюс соответствует вращению вперед, знак минус вра­щению назад); vu — линейная скорость круговой подачи.

Если скорость главного движения является переменной, то она характеризуется средней скоростью

где — амплитуда главного движения, рад; Di — диаметр в. принятом сечении конической детали, мм; пдв. х — число двойных ходов в мин; k — отношение скоростей рабочих ходов.

Скорость круговой подачи в принятом сечении конической де — ‘ тали І

где п — частота вращения детали, об/мин.

Давление, необходимое для осуществления притирки, на об-і; рабатываемую поверхность неодинаково. Если условно принять,] что углы конусности притираемых поверхностей равны, то дав­ление на коническую поверхность

где Рос — осевая нагрузка, кгс; Da— наибольший диаметр при-| тираемой детали, мм; Н — высота конической поверхности дета-!;; ли, мм; р — угол наклона, град. •!;;

Стабильность технологического процесса притирки кониче-;: ских поверхностей зависит от параметров кинематики процесса^ и величины нагрузки на притираемую поверхность, а также от|jl характера их взаимосвязи [1]. Различают притирку с равнопере-‘] менной скоростью; с плавнопеременной скоростью; с ударным" нагружением; с плавным нагружением; без отрыва притираемых поверхностей; с отрывом и прижимом притираемых поверхнос-] тей, соответственно в конце и в начале каждого хода рабочего і суммирующего возвратно-вращательного движения.

Притирку с равнопеременной скоростью и с ударным нагру­жением производят на станках или устройствах, у которых воз­вратно-вращательное и осевое возвратно-поступательное движе­ния (для периодического отрывания притираемых поверхностей) осуществляются соответственно реверсивной зубчатой передачей или другим механизмом для преобразования вращения в воз­вратно-вращательное движение и кулачковым механизмом.

При притирке с ударным нагружением в момент нагружения сила

где Рос — осевая статическая сила; &л— коэффициент динамич-|, нэсти, зависящий от скорости падения груза, материала ударяє-;]] мых предметов. ;.jr

При этом методе абразивные зерна могут интенсивно разру­шаться и шаржироваться в притираемые поверхности; при этом не исключена возможность разрыва абразивной или масляной прослойки и непосредственного контактирования притираемых поверхностей, вследствие чего происходит заклинивание и зади­рание притираемых поверхностей.

По этому методу осуществляют предварительные притироч­ные операции и взаимную притирку конических деталей из анти­фрикционных материалов или из закаленных сталей.

Наиболее благоприятные условия притирки конических по­верхностей создаются, если: скорость рабочего движения изме­няется по синусоидальному или подобному ему закону; периодическое возвратное и поступательное осевое движение осуществляются соответственно в конце и в начале каждого хода рабочего движения; при периодическом поступательном осевом движении притираемые поверхности нагружаются плавно.

Преимущества этих условий притирки объясняются следую­щим: а) изменение скорости рабочего движения по синусоидаль­ному закону в отличие от изменения скорости по равноперемен­ному закону меньше подвергает механизмы станка ударным на­гружениям и снижает производственный шум и динамическое действие притираемых поверхностей друг к другу; б) осущест­вление периодических отрывов и прижимов притираемых поверх­ностей соответственно в конце и в начале каждого хода рабочего движения создает условия для восстановления равномерности абразивной прослойки, что уменьшает вероятность непосредст­венного контактирования притираемых поверхностей.

С учетом сказанного авторы предложили новый способ при­тирки, который имеет отличительные особенности.

1. Скорость рабочего движения притирки является перемен­ной и изменяется по синусоидальному закону подобно выра­жению

где Й±—текущее значение угловой скорости рабочего движе­ния^ о> ±тах— максимальная угловая скорость главного движе­ния; Шп<сотах — скорость подачи, Т — период колебания, t — текущее время.

2. Давление на притираемые поверхности изменяется в за­висимости от скорости рабочего движения и уменьшается по мере стрема металла с притираемых поверхностей; рул = /(Й, Л), где h — изменение расстояния между базовыми поверхностями по мере съема металла.

3. Прижим и последующий отрыв притираемых поверхностей осуществляется соответственно в начале и в конце каждого хода в интервале скоростей, близких к нулю [1].

Угол поворота1 R любой момент RpO. MO. HH можно определить из следующего равенства, полученного после интегрирования при­веденного выше выражения:

Теоретическое изменение угла поворота (пути), угловой ско­рости и осевой силы Рос на притираемой поверхности в зависимо­сти от времени приведено на рис. 55.

В точках Л, В, С, D сила Рт равняется нулю. В периоды вре­мени ТJ и Т притираемые поверхности находятся в прижатом ; состоянии, а в периоды времени Т’2 и Т притираемые поверх — і ности разобщены. Поскольку величина Р„п изменяется подобно і изменению скорости относительного движения, давление на при­тираемые поверхности осуществляется плавно.

/ — первая обрабатывае­мая деталь или притир;

2 — гшбрационпыЛ привод;

3 — вторая обрабатывае­мая деталь или притир;

4 — инерциошю-иагрузоч-

Схема вибрационной притирки конических поверхностей де — ‘і талей, осуществляемая за счет крутильных и линейных колеба­ний первой детали, приведена на рис. 56. В результате этих ко­лебаний, а также момента сил инерции второй детали и жестко 1 связанной с ней инерционно-нагрузочной приставки (ИНП) по — !

94 1%

следняя получает относительно первой детали движение, описы-. ваемое уравнениями:

где ф и г — координаты второй детали в системе координат, свя­занных с первой деталью; ф — угловое ускорение первой детали, равное угловому ускорению вибропривода фщ,. взятому с обрат­ным знаком; Jz — момент инерции второй детали совместно с ИНН; Лв — амплитуда вертикальных линейных колебаний; G = mg — вес второй детали и ИНП; т — масса второй детали и ИНП; Рос — опорная реакция; Мтп — момент трения при отно­сительном движении второй детали.

С учетом того, что давление равномерно распределяется по всей поверхности контакта, момент трения

где р —- приведенный коэффициент трения; а — геометрическая

і D и Z)2 — соответственно меньший и больший диаметры прити­раемых деталей.

Используя приведенные выше формулы, можно установить следующие обобщенные параметры движения второй детали:

•де p==V — — радикс инерции второй детали совместно V т

инерционно-нагрузочной приставкой; со —угловая частота; ф — угловая амплитуда крутильных колебаний первой детали.

При вибрационной притирке лучшие результаты достигаются обеспечением возвратно-вращательного движения с двумя мгно­венными остановками в каждом цикле колебания первой детали (21]. Эти условия выполняются при параметрах Ф+ — 0,12 — г- 0,01 и Ф0 = 1 ±0,1, если коэффициент трения f = 0,25.

При притирке по методу сочетания линейного и объемного контактов (рис. 57) как инструмент, так и обрабатываемая де­таль совершают вращательное движение [16]. Кроме вращатель­ного движения притир (или взаимопритираемая деталь) совер­шает возвратно-поступательное движение относительно обраба-

тываемой детали. При этом обеспечивается постоянный контакт обрабатываемой поверхности с рабочей поверхностью притира, осуществляемый перемещением приспособления для крепления обрабатываемой детали в плоскости, перпендикулярной возврат­но-поступательному движению притира.

Схема взаимного расположения обрабатываемой детали и притира в крайнем верхнем положении притира, при котором оси

детали и инструмента смещены на величину е, приведена на рис. 57,а. При ходе притира вниз с помощью упругого элемента в системе инструмент — обрабаты* ваемая деталь сохраняется посто-і янный односторонний контакт; между обрабатываемой поверх-! ностью и притиром. Под действии ем вертикальной осевой силы Р|| притир опускается до полного совмещения конических поверх : ностей детали и притир! і (рис. 57, б). При этом инструмент! обрабатывает коническую поверх»); ность детали под действием осе­вой силы по способу притирки № объемным контактом. При прД тирке конических поверхностей,!» случае перемещения притира от* ноейтельно обрабатываемой по­верхности под действием боковой силы, аналогично притиркЙ цилиндрических отверстий вращательное и возвратно-враща-‘ тельное движение складываются. При этом в момент линейного контакта отклонение геометрической формы конической поверх­ности в продольном сечении уменьшается, а в момент объемного контакта — оно уменьшается в поперечном сечении.

Двухместный конусопритирочный станок СК4 000 конструк­ции авторов приведен на рис. 58. Каждое рабочее место станка является конструктивно идентичным. Техническая характеристи­ка станка приведена в табл. 13. Станок имеет станину 7, на верх­ней части которой смонтированы приводы главного движения шпинделей. Привод каждого рабочего места станка имеет короб­ку скоростей 2 с смонтированным в ней шпинделем 3, к которому присоединена с помощью двойной шарнирной муфты 4 притироч­ная головка 5. Шпиндель связан также с подъемным устройст­вом 6. В нижней части станины помещен стол 7, который смон­тирован на винтовом домкрате 8. Бак с электромагнитным сепа­ратором 9 установлен рядом со станком.

Коробка скоростей предназначена для получения возвратно-

вращательного движения с вращением в одну сторону и для ре*

■‘•Iі!

Техническая характеристика станков (при полуавтоматическом цикле работы) для взаимной притирки конических поверхностей Параметр СК 4000 2СК 990006 Число рабочих мест. 2 1 Наибольшие размеры притираемой поверхности, мм: 130 75 диаметр. длина…………….. 140 100 Частота колебательного движения шпинделя, Гц 1; 1.5; 1.9 50 Амплитуда колебания, рад………………………………….. 1.5 0,05 Угол поворота шпинделя при вращении, рад: 0—1,3 вперед…. — назад. . . 0,25-1,7 — Осевая сила на притираемой поверхности, кге. . 0—40 0-10 Потребляемая мощность, кВт……………………………… 2,8 1.9 Габаритные размеры станка, мм: длина. . . 1800 300 ширина…. 975 660 высота. 2250 1400 Масса станка, кг 2260 1800

Аудирования скорости вращения шпинделя. Притирочная голов­ка, несущая на подвижном штоке притираемую пробку, предна­значена для прижима притираемых поверхностей друг к другу с переменной центробежной силой, создаваемой с помощью инер­ционных грузов. Подъемное устройство предназначено для подъ­ема и опускания шпинделя и притираемой пробки при ее уста­новке и снятии, а также при нанесении абразивной насты на притираемую поверхность. Бак с электромагнитным сепаратором наполняют жидкостью для промывки притираемых деталей не­посредственно на станке. Станок позволяет производить притир­ку конических поверхностей с подачей абразива в зону обработ­ки, периодическим нанесением абразивной пасты на притирае­мую поверхность.

Работа станка осуществляется следующим образом. От элек­тродвигателя 1 (рис. 5S) через сменные шкивы 2 и 3 ременной передачи, цилиндрические зубчатые колеса 4 и 5, конические зубчатые колеса 6 и 7 вращение передается ведущему звену че­тырехзвенного механизма 8, имеющего кривошип с переменным радиусом. Четырехзвенный механизм преобразует вращательное движение в возвратно-вращательное движение ведущего коле­са 9 дифференциала. От приводного вала через сменные зубча­тые колеса 10 и //, червяк 12, червячное колесо 13 водилу 15 дифференциала сообщается медленное вращательное движение. Ведомое колесо 16 дифференциала и смонтированный в нем

N— 28 кВт; п~990о6/нин 8 9

Рис. 58. Притирочный станок С К 4000 для взаимной притирки конических поверхностей пробковых кранов

Рисч 59. Кинематическая схема станка СК 40000

шпиндель 27 получают суммарное возвратно-вращательное дви­жение с вращением в одну сторону.

К шпинделю с помощью двойной шарнирной муфты 17 при­соединен корпус 18 притирочной головки. При вращении прити­рочной головки на грузах 19 возникает центробежная сила, кото­рая посредством тяг 20, 21 и траверсы 22, преодолевая упругую силу пружины сжатия 23, через подвижный шток 24 прижимает притираемую пробку 25 к неподвижному корпусу 26.

Рис. 60. Схема сил, возникаю-
щих па притирочной (нагру-
зочной) головке:

1 — шпиндель (корпус притироч­ной головки); 2 — подвижная тра­верса; 3 — пружина; 4 и 6 — тяги; 5 — груз; 7 — шток; 8 — первая притираемая деталь или притир; 9 — вторая притираемая деталь или притир

Схема сил, возникающих при работе на притирочной голов — | ке, приведена на рис. 60. Перед началом работы станка нрити — | раемая пробка, закрепленная на штоке, поднята относительно I неподвижного притираемого корпуса на величину z. Сила тяже — I сти деталей G (штока, грузов, притираемой гробки и др.), под — | вешенных к подвижной траверсе, уравновешивается силой сжа­тия пружины Рио — G. При работе притирочной головки под дей­ствием центробежной силы грузов Ль посредством тяги и травер­сы, пружина сжатия деформируется с приведенной силой Рш. Для определения силы Лш условно принимаем притирочную го — | ловку, одна сторона которой представляет кривошипно-ползун — иый механизм, неподвижной и считаем, что сила Лш действует и точке М. Для упрощения расчета силами трения и силами инер — І пин других деталей головки пренебрегаем. Построив треугольник Р. О{М на схеме механизма, выбрав в качестве полюса сил точку £ и воспользовавшись теоремой И. Е. Жуковского, можно напи­сать:

Обозначив длину тяги EDx = a, получим

ED’~——.

2

Тогда

ЕМ = 2D, D’= 2 (£D,)2—(ЕІУ)2 = 2

Подставляя значения £Л1 и £0′, находим

2а—2

4аг—г2

где Р(1— центробежная сила грузов притирочной головки; Ри = = rnQ2(OE—DiD) или Pa=tnQ2(r0+ ^ аг

начальный радиус вращения центробежных грузов головки.

Подставляя значение Ри после некоторых преобразований, получим

■ІІ.

1 /о 2r0 + V 4aZ— 22 — (2а—2)—2— —. можно записать: 😉

4 4az—г2

Рип 1 ГП^І2 Tokay

где £п — коэффициент, зависящий от параметров (длины тяги а, начального радиуса вращения центробежных грузов г0 и осевого хода подвижного штока z) притирочной головки.

Для уменьшения силы инерции притирочной головки началь­ный радиус Го необходимо принять возможно меньшим.

При вращении притирочной головки приведенная сила РКп. преодолевая упругую силу пружины Рп 2, через шток прижимает притираемую пробку к корпусу с равнодействующей силой Р0с‘

Рос + Яип + G + РП0 +

где Рип — приведенная центробежная сила; G — сила тяжести деталей, подвешанных к подвижной траверсе; Рпг — сила сжа­тия предварительно отрегулированной пружины; Рпо — сила сжатии пружины.

С учетом равенства Р„0 = G

Роа + Р*п + Рпг= 0.

Сила

Рп г

где с — коэффициент жесткости пружины; 2 — деформация пру­жины в процесое работы

После подстановки значений Рип и Рпг

Р00= mQ2r0ka—cz.

В зависимости от угловой скорости Q вращения притирочной головки прижим притирающихся поверхностей может осущест­вляться при выполнении условия mflVo^u > cz, а подъем пробки в случае mQ2r0kn < cz — Foc, где Fос — осевая сила трения.

Таким образом, для процесса притирки сопрягаемых коничес­ких поверхностей угловые скорости рабочего движения должны соответствовать:

для прижима притираемых поверхностей

для отрыва притираемых поверхностей

Q < л/ .

У mrokn

С увеличением хода подвижного штока угловая скорость вра­щения, соответствующая моменту начала отрыва и прижима притираемой поверхности, увеличивается. Поэтому для повыше­ния производительности при конструировании притираемой го­ловки необходимо ход подвижного штока принять возможно меньшим. Осевая подача пробки по мере съема металла с при­тираемой поверхности осуществляется автоматически благодаря тому, что поступательное перемещение подвижного штока огра­ничивается притираемой поверхностью неподвижного корпуса, установленного перед началом притирки в определенном поло­жении относительно притираемой поверхности пробки. При изме­нении направления рабочего движения скорость вращения при­тирочной головки и соответственно величина приведенной силы падают до нуля, пружина отталкивает траверсу, отрывая прити­раемые поверхности друг от друга.

Взаимная притирка конических поверхностей деталей проб­ковых кранов и подобных им деталей на этом станке обеспечи­вает 100%-нос прилегание (но краске), шероховатость поверх­ности Ra—0,02-f-0,1 б мкм (У 10— V 12) и разность угла ко­нуса притираемых поверхностей до 10".

Для вибрационной притирки конических поверхностей приме­няется полуавтомат 2СК 990006 (рис. 61). Загрузку и выгрузку деталей производят вручную. На станине 1 закреплен вибрацион­ный привод 2, состоящий из электромагнитного вибратора кру­тильных колебаний, независимого от первого электромагнитного вибратора линейных колебаний. К стойке станины жестко при­креплен пневмопривод 7. Устройство 6 служит для закрепления одной из притираемых деталей 5. Зажимное устройство одновре­менна является инерционно-нагрузочной приставкой и имеет оп­ределенную массу, рассчитанную таким образом, чтобы обеспе­чить на притираемые поверхности определенные давление и мо­мент инерции. Вторая деталь 4 закрепляется в патроне 3. На­

стройка режима обработки и величины единичного такта (времени между двумя намазками абразивной настой) произво­дится с пульта управления. Подъем и опускание инерционно-на­грузочной приставки осуществляется с помощью пневмокрапа. Деталь 5 устанавливают в крайнем верхнем положении инерци­онно-нагрузочной приставки. При повороте крана в положение

«Верх» инерционно-нагрузоч­ная приставка поднимается, ее штыри упираются в поверх­ность пневмоцилиндра. Кресто­вина, продвигаясь вверх, осво­бождает обрабатываемую де­таль. В этом крайнем верхнем положении инерционно-нагру­зочной приставки автомати­чески производится дополни­тельное нанесение пасты (ме­ханизм подачи пасты на рис. 61 не показан) на деталь

4. Вибрационный привод пита­ется от сети переменного тока напряжением 220 В через вы­прямляющие диоды (в пульте управления).

Необходим ы е а м п л иту ды

колебаний настраиваются с по­мощью регуляторов напряже­ния.

В процессе притирки давле­ние регулируют по методу сдвига фаз крутильных и ли­нейных колебаний. Сдвиг фаз между крутильными вокруг вертикальной оси и линейными вдоль этой оси колебаниями из­меняет момент трения, что равносильно изменению давления. Таким образом, применяя метод сдвига фаз, можно плавно к концу процесса уменьшить давление, что позволяет выбрать наи­более благоприятные условия обработки.

Вибрационной притиркой конических поверхностей достига­ются шероховатость Ra — 0,02 — f — 0,04 мкм (V 12), точность гео­метрической формы 1—2-го классов и повышение производитель­ности в 1,5—2 раза по сравнению с ручной притиркой. Однако применение вибрационной притирки ограничивается массой и конструктивной формой притираемых деталей, что связано с от­сутствием надежных виброприводов и с трудностью уравнове­шивания детален сложной конфигурации.

Для притирки по методу сочетания линейного и объемного контактов применяют полуавтомат 8451.

Техническая характеристика полуавтомата

Частота вращения, об/мин:

инструментального шпинделя……………………………………………………………..

шпинделя изделия……………………………………………………………………………..

Число двойных ходов инструментального шпинделя в минуту.

Максимальное вертикальное перемещение шпинделя, мм………………………….

Смещение осей инструментального шпинделя и шпинделя изделия, мм. Подъем кулачка привода возвратно-поступательного движения инстру­ментального шпинделя, мм……

Мощность электродвигателей, кВт……………………………………………………………

Производительность одношпиндельного станка, шт./ч………………………………

Габаритные размеры одношпиндельного станка, мм:

длина………………………………………………………………………………………………..

ширина……………………………………………………………………………………………….

высота………………………………………………………………………………………………

Полуавтомат выпускают в двух-, трех — и пятишпидельном исполнении. Возвратно-поступательное и вращательное движе­ния инструментального шпинделя, а также вращательное дви­жение шпинделя изделия осуществляются от одного привода. Обрабатываемая деталь и притир соответственно закреплены в шпинделе изделия и инструментальном шпинделе с помощью цанг. Цикл притирки осуществляется настройкой реле времени.

Притирка конической поверхности d корпусе распылителя па полуавтомате обеспечивает некруглость не более 0,0007 мм, не- прямолинейность образующей не более 0,003 мм, шероховатость обработанной поверхности Ra—0,044-0,16 (У 10—VII). Про­изводительность труда при этом по сравнению с машинно-ручной притиркой повышается в 12—15 раз [20].