Шлифование на токарном станке. Приспособления для токарных и шлифовальных работ

На токарных станках выполняют шлифование, накатку и другие отделочные работы.

Шлифуют, когда размеры и форма детали выполнены с невысокой точностью, а к чистоте обработанной поверхности предъявляют повышенные требования.

Деталь устанавливают на станке так же, как при обтачивании, приводят в быстрое вращение и чисто обрабатывают плоским . Ручку напильника держат в левой руке, а правой придерживают его носок. Располагают напильник поперек оси детали.

При опиливании легко нажимают и медленно перемещают напильник от себя. При обратном движении контакт напильника с деталью сохраняют, но силу нажатия уменьшают.

Шлифуют шлифовальными шкурками. Детали малого диаметра обрабатывают, пользуясь приспособлением, состоящим из двух деревянных брусков, которые соединены шарниром и имеют вогнутые поверхности, соответствующие цилиндрической поверхности обрабатываемой детали. Шлифовальную шкурку вставляют в приспособление, прижимают к детали и перемещают вдоль нее.

Черновую обработку ведут крупнозернистой шкуркой, а чистовую — мелкозернистой.

Для повышения чистоты обрабатываемую поверхность смазывают машинным маслом.

Вопросы

1. Когда шлифуют детали на токарном станке?
2. Как шлифуют детали на токарном станке?

Накатывание на токарном станке

Цилиндрические рукоятки различных измерительных инструментов, рукоятки калибров, головки микрометрических винтов и круглые гайки для удобства пользования делают не гладкими, а рифлеными. Такая рифленая поверхность называется накаткой, а процесс ее получения — накатыванием.

Накатка бывает прямой и перекрестной. Для накатывания в резцедержателе крепят державку, в которой установлены для простой накатки один, а для перекрестной два ролика из инструментальной закаленной стали с насеченными на них зубчиками.

Эти зубчики имеют различные размеры и по-разному направлены, что позволяет получить накатку различных узоров.

При накатывании державку с роликами прижимают к вращающейся детали винтом поперечной подачи. Ролики начинают вращаться и, вдавливаясь в материал детали, образуют на ее поверхности накатку. Она может быть крупной, средней или мелкой, в зависимости от размеров зубчиков на роликах. При накатывании производят подачу в двух направлениях — перпендикулярно оси детали и вдоль нее. Для получения накатки достаточной глубины нужно накатывать в 2 — 4 прохода.

Правила накатывания

1. При начале накатывания следует сразу усиленно нажать и проверить, попадают ли зубчики роликов в сделанные ими насечки при последующих оборотах.
2. Ролики должны соответствовать требуемому узору детали.
3. Два ролика должны быть точно расположены один под другим.
4. Перед работой нужно тщательно очистить ролики стальной щеткой от остатков материала.
5. Во время накатывания рабочие поверхности роликов следует хорошо смазывать веретенным или машинным маслом.

Правильность накатки проверяют на глаз.

Вопросы

1. На каких деталях и для чего делают накатку?
2. Из каких элементов состоит накатка?
3. Какая бывает накатка?
4. Расскажите о правилах накатки.

«Слесарное дело», И.Г.Спиридонов,
Г.П.Буфетов, В.Г.Копелевич

Растачивать отверстия (внутренние цилиндрические поверхности) сложнее, чем обтачивать наружные поверхности. Основная трудность — малая жесткость расточного резца. Сквозные отверстия растачивают расточными резцами, показанными на рисунке. Смотрите рисунок – Расточной резец для сквозного отверстия Для этого обрабатываемую заготовку крепят в патроне токарного станка. Проверяют надежность крепления заготовки и резца. Растачивают сначала черновым резцом, который при помощи…

В зависимости от требуемой точности измерения и размеров диаметра отверстий применяют различный измерительный инструмент. Неточные цилиндрические отверстия можно измерять нутромером и измерительной линейкой, Для определения размера нужно величину развода ножек нутромера измерить линейкой или штангенциркулем. Измерение отверстия нутромером При растачивании отверстия под обработанный вал измеряют вначале диаметр вала штангенциркулем и затем устанавливают по ним ножки…

Растачивают отверстия на токарных станках тогда, когда сверление и рассверливание не обеспечивают необходимой точности размеров отверстий и чистоты обработанной поверхности. Расточной резец для сквозного отверстия При черновой и чистовой обработке растачивают отверстия расточными резцами. В зависимости от вида растачиваемых отверстий различают расточные резцы для сквозных отверстий (смотрите рисунок выше) и для глухих отверстий (смотрите рисунок…

Приспособление шлифовальное ИТ-1М.64 предназначено для наружного и внутреннего шлифования деталей, устанавливаемых в центрах или патронах.

Приспособление шлифовальное является специнструментом к токарно-винторезным станкам ИT-1M, ИТ-1ГМ.

Технические характеристики

Устройство и работа изделия

Основанием приспособления является плита 1, в которой укреп лен шпиндель. На шпинделе крепится шлифовальный камень, за крытый кожухом, и шкив ременной передачи. Электродвигатель установлен на подвижном кронштейне 4, который позволяет менять натяжение ремня. Ременная передача закрыта ограждением 3.

Рисунок - шлифовальное приспособление для токарного станка ИТ 1М

Порядок работы

Для работы шлифовальное приспособление необходимо установить на верхней каретке суппорта вместо резцедержателя и закрепить гайкой 1 (рис. 5).

Рисунок - Наладка шлифовального приспособления на наружное шлифование

При внутреннем шлифовании (рис. 6) необходимо заменить шкив 2 па валу электродвигателя, заменить ремень 3, чтобы получить необходимую скорость шлифования, и установить удлинитель 1 с кругом диаметром 25 мм.

Рисунок - Наладка шлифовального приспособления на внутреннее шлифование

Токарные станки используются для обработки деталей цилиндрической формы. Они включают в себя множество разновидностей, которые отличаются по размеру и наличию дополнительных функций. Такие промышленные модели как, очень распространены и широко используются в современной промышленности. Чтобы устройство нормально функционировало, требуется знать все особенности его деталей.

Станина токарного станка служит для закрепления практически всех механизмов и узлов, которые применяются на данном оборудовании. Зачастую ее отливают из чугуна, чтобы получить массивную и прочную конструкцию, которая смогла прослужить длительный срок. Это связано с тем, что она будет подвергаться большим нагрузкам. Не стоит также забывать об устойчивости, так как массивные большие модели используют огромную энергию во время работы и основание должно хорошо сопротивляться нагрузкам.

Станина и направляющие станка крепятся при помощи болтов к тумбам или парным ножкам. Если устройство короткое, то применяется две стойки. Чем оно длиннее, тем больше стоек может потребоваться. Большинство тумб имеет дверцы, что позволяет их использовать в качестве ящиков. К направляющим следует очень внимательно относиться и оберегать их возможности повреждения. Не желательно оставлять на них инструменты, заготовки и прочие изделия. если все же приходится располагать на них металлические предметы, то перед этим следует положить деревянную подкладку. Для лучшего ухода, перед каждым применением станка, станину требуется протирать и смазывать. Когда работа завершена, следует удалять с нее стружку, грязь и прочие лишние предметы.

Особенности конструкции станины металлорежущих станков могут отличаться в зависимости о конкретной модели, так как они разрабатываются для удобного и безопасного размещения всех узлов оборудования. Но основные положения во многих случаях остаются одинаковыми, так что на примере популярных моделей можно рассмотреть основы.

фото:устройство чугунной станины

1. Продольное ребро;
2. Продольное ребро;
3. Поперечное ребро, служащее для связи продольных ребер;
4. Призматические направляющие продольных ребер;
5. Плоские направляющие, которые служат для установки задней и передней бабки, а также для передвижения по ним суппорта;

Стоит отметить, что у направляющих станины поперечное сечение может иметь различные формы. Обязательным правилом является соблюдение параллельного расположения, так что все должно быть равноудаленным от оси центров. Это требует точной фрезеровки или строгания. После этого осуществляется операция по шлифовке и шабрению. Все это обеспечивает точную обработку изделий, а также ликвидацию проблем с передвижением суппорта и возникновением толчков.

• Станина токарного станка по металлу, которая представлена на рисунке «а» под номерами 1 и 2, имеет трапецеидальное сечение направляющих. В данном случае основной упор сделан на большую опорную поверхность. Они обладают большой износостойкостью, что позволяет долго оставлять свою точность. В то же время, для перемещения по ним суппорта нужно прилагать множество усилий, особенно, если он перекосился.
• На рисунке «б» представлена станина с плоским прямоугольным сечением направляющих. В отличие от предыдущего, они имеют уже по два ребра жесткости, а не одному, что делает их крепче.
• Рисунок «в» демонстрирует станину с направляющими треугольного сечения. С учетом того, что здесь используется достаточно малая опорная поверхность, с большим весом работать получается сложно, так что данный вид используется преимущественно для малых станков.
• На рисунке «г» показана станина с треугольным сечением и опорной плоскостью. В данном случае она также применяется для станков мелких размеров.

Если станина предназначается для тяжелого станка, то она имеет не только большое сечение, но и большее сопротивление на изгиб. Одними из наиболее распространенных является такой вид, как представлен на рисунке «г». Здесь каретка суппорта делает упор на призму №3 спереди, а сзади упирается на плоскость №6. Чтобы не произошло опрокидывание, ее удерживает плоскость №7. При задаче направления основную роль играет призма №3, тем более, что она воспринимает на себя большую часть давления, осуществляемого резцом.

Если на станине возле передней бабки имеется выемка, то она служит для тог, чтобы обрабатывать изделия большого диаметра. Если же происходит обработка изделия, радиус которых меньше высоты центров, то выемку перекрывают специальным мостиком.

Ремонт станины токарного станка

Шабрение станины токарного станка является технологическим процессом во время которого станина выверяется для закрепления коробки подач при помощи рамного уровня. Благодаря этому можно будет в дальнейшем легко установить перпендикулярность поверхности крепления суппорта и фартука к коробке подач.

1. Первым делом станина устанавливается на жесткий фундамент и проверить продольное направление по уровню вдоль поверхности, а поперечное направление по рамному уровню. Допустимые отклонения составляют не более 0,02 мм на 1 метр длины изделия.
2. Шабрят верхние поверхности направляющей, сначала с одной стороны, используя поверочную линейку на краску. Во время этого процесса желательно периодически проверять извернутость направляющих.
3. Затем шабрят поверхность второй направляющей. Максимальный допуск отклонений здесь остается таким же 0,02 мм на 1 метр длины изделия.

Шлифовка станины токарного станка

Шлифовка станины токарного станка состоит из следующих процедур:

1. Необходимо провести зачистку и запиливание задиров и забоин имеющихся на поверхности;
2. Станина устанавливается на столе продольно-строгального станка и надежно закрепляются там;
3. Далее идет проверка извернутости направляющих, которая производится уложенного на мостике задней бабки уровня;
4. Во время установки станины получается небольшой прогиб изделия, который следует исправить путем максимально плотного соприкосновения со столом;
5. Повторно проверяется извернутость направляющих, чтобы результаты совпадали с тем, что было до закрепления;
6. Только после этого приступают к шлифовке всех контактных поверхностей изделия. Процедура проводится при помощи торца круга чашечной формы. его зернистость должна быть К3 46 или КЧ 46, а твердость соответствовать СМ1К.

Современные тенденции в сфере интеграции комбинированной обработки привели к тому, что на токарных станках также можно проводить шлифование. При выходе проблемы качества на первый план всегда обращают внимание на процесс финишной обработки, который называют шлифованием – выполнение механического воздействия за несколько проходов для уменьшения исходных погрешностей. Провести чистовую обработку при помощи токарного резца с получением качества, как при применении шлифовальных головок, невозможно из-за округления режущей кромки. Также не стоит забывать, что на токарном станке при небольших подачах может возникать вибрация, которая приведет к погрешности. По этой причине даже при появлении новых материалов, которые могут выдерживать сильное воздействие на протяжении длительного времени и не менять свою форму, шлифование остается основным методом, используемым для получения поверхности высокого класса шероховатости.

Потребность в шлифовальных головках

Получение тел вращения на токарных станках проводится на протяжении последних нескольких десятилетий. Как правило, шлифование проводилось на другом оборудовании. Этот момент определил следующий технологический процесс:

1. выполнение чернового токарного точения для снятия большого слоя металла;
2. выполнение чистового токарного точения для подготовки детали к финишному этапу технологического процесса;
3. финишная обработка на круглошлифовальном станке.

Подобный технологический процесс определяет увеличение затрат за счет установки специального станка для выполнения финишной обработки. При создании большой партии изделий приобретение шлифовального станка окупается, но при мелкосерийном производстве его покупка приведет к повышению себестоимости одного изделия. Выходом из ситуации можно назвать использование специальных шлифовальных головок, которые также могут применяться для получения поверхности с высоким классом шероховатости.

Особенности конструкции

Шлифовальные головки представляют собой специальную конструкцию, которая используется для значительного расширения возможностей станка токарной группы. Этот механизм условно относится к оснастке. К конструктивным особенностям можно отнести:

1. наличие собственного электродвигателя, мощность которого может составлять от 1 квт и более. этот момент определяет то, что головка может стать оснасткой для различных моделей токарных станков. как правило, токарное оборудование имеет закрытую коробку скоростей и не имеет отдельного привода для подключения рассматриваемой оснастки;
2. установленный электродвигатель подключается к цепи токарного станка, что определяет универсальность всей конструкции. при этом также есть трехфазная вилка для включения в отдельную цепь питания;
3. головка имеет собственную станину, которая при модернизации может крепиться жестко вместо стандартного резцедержателя. этот момент определяет то, что оборудование позволяет получать качественные поверхности при высокой механизации процесса. при изготовлении станины используется сталь, что позволяет предотвратить вибрацию при работе за счет повышения жесткости конструкции;
4. передача вращения проходит при помощи ременной передачи для понижения оборотов.

Конструкция довольно проста. При ее рассмотрении стоит обратить внимание на тип станины. Это связано с тем, что только определенный тип станины может подойти вместо резцедержателя к определенной модели токарного станка.

Шлифовальная головка ВГР 150

Есть несколько популярных моделей головок для круглого шлифования, среди которых отметим ВГР 150. Она имеет следующие особенности:

1. поставляется со шпинделем для наружного шлифования с диаметром круга 125 миллиметров;
2. версия ВГР 150 также может использоваться для шлифования внутренних поверхностей с кругом диаметром от 8 до 40 миллиметров;
3. установки модели можно провести на станке токарной группы с диаметром шпильки под резцедержатель не более 22,5 миллиметров. при этом станина ВГР 150 имеет поверхность прилегания 202 на 102 миллиметра;
4. при наружном шлифовании показатель частоты оборотов шпинделя на холостом ходу составляет 5000 об/мин, для внутреннего – 16 800 об/мин на холостом ходу. при работе показатель может существенно снижаться, что зависит от значения поперечной подачи. при сильной подаче есть вероятность проскальзывания ремня на установленных шкивах, что позволяет исключить вероятность смещения выходного вала электродвигателя относительно обмоток, а также его деформации;
5. приводные валы ВГР 150 установлены на прецизионных подшипниках;
6. шпиндельная втулка и моторная база имеет возможность регулировки, что в большей степени повышает универсальность приспособления;
7. при помощи ременной передачи можно проводить регулировку скорости вращения круга в зависимости от поставленных задач, как правило, есть 2 передачи;
8. использовать ВГР 150 можно для получения размеров с точностью в пределах от 0,01 до 0,02 миллиметров. этот момент определяет то, что модель 150 и 200 могут использоваться для получения поверхности высокой чистоты.

Максимальный диаметральный размер заготовки при использовании ВГР 150 ограничивается продольным перемещением суппорта и зависит от особенностей токарного станка.

Сталь и чугун при помощи рассматриваемой оснастки могут пройти процесс финишной обработки на токарном станке. При этом можно достигнуть такой же показатель шероховатости, как и при использовании круглошлифовального оборудования. Модель 200 отличается от рассматриваемой мощностью установленного электродвигателя и максимальными диаметральными размерами устанавливаемых кругов. Подобным образом можно понизить стоимость производства деталей за счет повышения универсальности используемого оборудования. При этом отметим, что оснастка подойдет для старого и нового токарного оборудования, так как имеет универсальное применение.

Р.Б. Марголит, Е.В. Близняков, О.М. Табаков, В.С. Цибиков

Область использования токарно-шлифовальных станков

В русле современных тенденций интеграции обработки возрос спрос на комбинированные токарные станки, на которых можно наряду с токарными выполнять шлифовальные работы. Можно сказать о появлении особой группы токарно-шлифовальных станков.

Когда на первый план выходят проблемы качества, предпочтение обычно отдают шлифованию. Шлифование (за исключением глубинного) в силу самой природы метода основано на многопроходности, при которой в наибольшей степени происходит уменьшение исходных погрешностей. Лезвийная токарная обработка выигрывает у шлифования по показателю производительности. Однако выполнять процесс резания лезвийным инструментом с малыми глубинами и малыми подачами затруднительно. При малых глубинах резец, в связи с наличием округления режущей кромки, работает с большими отрицательными передними углами у (рис.1), а при малых подачах резко возрастает вероятность возникновения вибраций. Именно по этой причине, несмотря на появление новых видов режущих материалов, успешно работающих по мягким и твердым поверхностям, не следует предполагать, что лезвийная обработка существенно сократит область использования шлифования.

Упомянутые особенности обусловливают размежевание этих двух способов обработки. Предварительную обработку тел вращения обычно выполняют методом точения на токарных, а финишную обработка тех же деталей - шлифованием на кругло-шлифовальных станках. Усугубляет размежевание также то, что в пределах одного и того же класса точности шлифовальные станки имеют более высокую точность, чем токарные.
Одновременно действует тенденция интеграции этих видов обработки, которая привела к появлению комбинированных токарно-шлифовальных станков.

1. Весьма трудоемка процедура выверки массивных крупногабаритных валов и гильз большой длины перед выполнением каждой новой операции. Такие детали не обладают высокой жесткостью и деформируются под действием сил тяжести и сил закрепления. Выверка требует от рабочего умения и навыков, естественно стремление сократить их число.

2. Наблюдается общая тенденция повышения точности токарных станков.

3. Привлекательно выполнять на различных поверхностях одной детали точение или шлифование в зависимости от требований к ним в отношении точности и шероховатости

В данной работе рассмотрен опыт Рязанского станкозавода по создания комбинированных токарно-шлифовальных станков. Ошибочным оказалось предположение, что такие станки можно получить из токарных путем дооснащения суппортов сменными шлифовальными головками. Пришлось решить несколько достаточно сложных задач.

1. Обеспечена точность продольного перемещения шлифовального круга, правда, на ограниченной длине.

2. Увеличена зона досягаемости наружных и торцовых поверхностей деталей, в том числе на валах с большим перепадом диаметров смежных ступеней.

3. Обеспечена точность вращения изделия.

4. Предложены и конструктивно обеспечены способы выверки массивных крупногабаритных деталей.

В настоящее время, когда завод освоил выпуск нескольких моделей станков этой группы (1Р693, РТ248-8, РТ318, РТ958) достаточно высокого технического уровня, спрос на них растет. Наиболее полно технологические возможности комбинированной обработки воплотились в специальном станке мод. РТ958 (рис.2) . По желанию заказчика может изменяться длина станков от трех до 12 метров, число токарных и шлифовальных суппортов, поддерживающих люнетов, подставок, облегчающих выверку.

Эффективно используют токарно-шлифовальные станки при ремонте роторов турбин различного назначения, валков металлургического и полиграфического производств, шпинделей тяжелых металлорежущих станков, валов привода гребных винтов и других крупногабаритных деталей. Поскольку предельно допустимая величина съема с ремонтируемых поверхностей невелика, удается за счет перехода от точения к шлифованию увеличить число возможных ремонтов и продлить срок службы дорогостоящих изделий. Имеется успешный опыт использования токарно-шлифовальных станков не только в ремонтном, но и в основном производстве.

Обеспечение точности продольного перемещения шлифовального круга

При шлифовании суппорт, несущий шлифовальную головку, должен перемещаться плавно, прямолинейно и без переориентации при смене направления движения подачи. В случае переориентации шлифовальный круг в одном направлении перемещается по одной траектории, а в другом - по другой. На токарных станках резец почти никогда не работает по одной наружной поверхности в двух направлениях без поперечного врезания, поэтому требования к переориентации, не являются столь жесткими, как при шлифовании.

Суппорты токарных станков, особенно тяжелых, не перемещаются столь прямолинейно, без волнообразных движений, как столы шлифовальных. Это зависит от следующего:

Каретки токарных станков по своей протяженности уступают столам шлифовальных станков;

Велика масса фартука, внецентренно прикрепленного к каретке суппорта;

Привод подачи осуществляется от рейки, размещенной вне направляющих и на большом от них удалении;

Радиальное биение ходового вала приводит к раскачиванию суппорта;

Вращающаяся сила привода подачи (даже при абсолютной прямолинейности ходового вала) раскачивает суппорт, воздействуя на него через фартук.

После ряда неудачных попыток реализовать требуемую точность продольного перемещения шлифовальной головки по всей длине направляющих станины, было принято решение осуществить перемещение не кареткой, а верхними продольными салазками специально сконструированного шлифовального суппорта. Этот суппорт является сменным и может быть установлен вместо токарного (традиционной конструкции) на поперечные салазки станка.

На рис.2 изображен станок с двумя шлифовальными суппортами (левым и правым). Каждый шлифовальный суппорт имеет нижнюю поворотную часть, продольные шлифовальные салазки с регулируемым приводом подачи, поперечные шлифовальные салазки с механизмом ручной микрометрической поперечной подачи, шлифовальную головку с приводом вращения.

Шлифование выполняют на отдельных участках ограниченной длины (300мм на станке мод. РТ958, 600мм на станке мод. РТ700). При необходимости выполнять обработку в другом месте шлифовальный суппорт перемещают по станине движением каретки. Анализ показывает, что у большинства деталей протяженность отдельных ступеней невелика, что позволяет обрабатывать ступень за одну установку каретки.

Получается, что станок имеет по два дублированных перемещения:

1) Продольное может осуществляться кареткой станка и продольными шлифовальными салазками, но перемещение салазками является более точным;

2) Поперечное может осуществляться поперечными салазками станка и поперечными шлифовальными салазками, но второе имеет более тонкий отсчет.

Также дублированы повороты вокруг вертикальной оси, но каждый из поворотов выполняет свое назначение. Поворотом продольных шлифовальных салазок регулируют конусность шлифуемого участка, поворотом шлифовальной головки устанавливают в необходимое положение ее ось.

В процессе поиска были испытаны два различных конструктивных оформления направляющих продольных шлифовальных салазок: ласточкин хвост и прямоугольные. Проверены также разнообразные материалы пары трения: чугун по чугуну; чугун по закаленной стали; бронза по закаленной стали; наполненный фторопласт по чугуну и по стали.

Результаты по точности при всех конструктивных исполнениях и сочетаниях материалов нельзя признать удовлетворительными, что дало основания отдать предпочтение покупным шариковым беззазорным направляющим качения Star фирмы Rexroth. Опасения, что такие направляющие будут хуже гасить вибрации, не подтвердились. Величина переориентации практически свелась к нулю, достигнута высокая точность обработки и шероховатость в пределах Ra 0,1 - 0,16 мкм.

Привод подачи продольных шлифовальных салазок осуществляется от индивидуального электродвигателя постоянного тока, который ременной передачей передает вращение на центрально расположенный ходовой винт. Привод обеспечивает широкий диапазон бесступенчатого регулирования скоростей перемещения, что немаловажно для получения оптимальных режимов шлифования и правки круга.

Привод перемещения поперечных салазок ручной с устройством микрометрической подачи, аналогичным тому, который применяют на круглошлифовальных станках. На дисплее цифровой индикации можно с точностью отсчета в 1 мкм наблюдать за положением рабочей кромки режущего инструмента.

С целью уменьшения вибраций, источником которых могут явлиться быстровращающиеся элементы шлифовальной головки, салазки, на которых закреплены шлифовальная головка и двигатель привода ее вращения, должны обладать повышенной жесткостью и увеличенной массой. Все сопрягаемые детали шлифовального суппорта должны быть взаимно подогнаны путем шабрения до плотного стыка. Быстровращающиеся детали не должны иметь несбалансированности. Хорошо зарекомендовал себя такой подход: с целью уменьшения несбалансированности всем рабочим и нерабочим поверхностям шкивов, оправок и планшайб придают биение, не превышающее 0,03 мм, что делает ненужным проведение специальной операции их балансирования.

Некоторые особенности круглого шлифования поверхностей

На шлифовальных станках обработку наружных и внутренних поверхностей тел вращения принято выполнять периферией шлифовального круга, а обработку торцов детали - и периферией, и торцом.

Однако, если на детали 1 (рис.3) необходимо обработать углубленные поверхности (например, опорные шейки роторов турбин различного назначения), то зона обработки (рис.3,а) может оказаться недосягаемой для периферии шлифовального круга 2. Подойти к таким углубленным поверхностям мешают элементы конструкции планшайбы 3, шлифовальной головки 4 и корпуса головки 5. Единственный выход - работать кругами больших диаметров, что, в свою очередь, требуют крупногабаритных шлифовальных головок, которые затруднительно разместить на суппортах токарных станков.

С целью кардинального решения данной проблемы предложено существенное изменение в традиционном подходе: выполнять круглое шлифование наружных поверхностей не только периферией, но и торцом круга (рис.3,б).

При шлифовании торцом круга зона досягаемости значительно расширяется, т.к. вылет рабочей части круга 2 увеличивается за счет длины оправки 3 и выступающей из корпуса 5 части шлифовальной головки 4. Практически, любые углубленные поверхности деталей становятся досягаемыми для режущего инструмента.

Возникает вопрос: почему способ, известный много лет и имеющий столь явное преимущество перед шлифованием периферией круга, не нашел широкого использования на круглошлифовальных станках? Объяснение можно найти в том, что кроме указанного преимущества круглое шлифование торцом круга обладает тремя характерными особенностями, снижающими его эффективность:

1) Производительность ниже, чем при шлифовании периферией;

2) Имеются два рабочих участка шлифовального круга слева и справа от оси его вращения, контактирующие с обрабатываемой поверхностью, далее будем называть их левая и правая стороны круга.

3) Если при обработке закрытых поверхностей длина продольного перемещения L (рис.3,б) окажется меньше двух диаметров внутренней части шлифовального круга Dк, то шлифование торцом круга станет невозможным, так как часть обрабатываемой поверхности детали, лежащей внутри круга, окажется не перекрытой, следовательно, останется необработанной.

Пониженная производительность определяется меньшей жесткостью технологической системы и меньшей протяженностью двух рабочих участков круга по сравнению с одной рабочей поверхностью при шлифовании периферией круга.

Для понимания второй особенности круглого шлифования торцом круга подробнее остановимся на сущности этого способа. Решающую роль имеет точность расположения оси вращения круга к направлению движения подачи. Они (ось и направление) должны быть строго взаимно перпендикулярными.

Правку круга выполняют алмазом, осуществляющим движение подачи по одному из рабочих участков круга слева или справа от оси его вращения. Движение подачи при правке и при шлифовании является общим. На рис.4 показан случай, когда правку круга выполнили слева от оси вращения. Если ось вращения не перпендикулярна направлению движения подачи, то торец круга в ходе правки приобретет форму конуса.

На левой стороне круга, где выполнялась правка, образуется линия, параллельная движению подачи. По этой линии слева происходит контакт круга с обрабатываемой поверхностью, а на противоположной стороне, справа, с обрабатываемой поверхностью контактирует точка.

В зависимости от отклонения перпендикулярности оси по отношению к направлению подачи линия работает либо на меньшем диаметре детали (рис.5,а), либо на большем диаметре (рис.5,б). Кроме того, левая и правая рабочие стороны круга работают с различной глубиной резания. С увеличением отклонения наступит момент, когда перепад между положением левой и правой сторон круга превысит глубину резания и тогда начнет работать только одна из сторон: левая в случае а), правая в случае б).

Если шлифование идет на проход, то определяет качество поверхности та сторона круга, которая работает на меньшем диаметре изделия. Из двух случаев, показанных на рис.4, лучшие показатели по шероховатости обработанной поверхности получатся в случае а), так как на меньшем диаметре детали работает линия, а не точка.

Описанное приводит к тому, что при шлифовании закрытых поверхностей, которое выполняется не на проход (рис.5), на обработанной поверхности образуются два участка различных диаметров. На стыке этих двух участков возникает ступенька, высота которой h зависит от неперпендикулярности оси круга к направлению движения подачи.

где D - диаметр шлифовального круга, d - угловая погрешность погрешности оси круга относительно направления подачи.

По направленности ступеньки можно судить о положении оси круга: меньший диаметр обработанной поверхности получается со стороны острого угла а между осью круга и направлением подачи. В случае

а) меньший диаметр слева, в случае б) - справа.

Характер шероховатости поверхностей обоих участков детали также будет различным. Шероховатость будет лучше на левом участке, где круг с изделием контактируют по линии (с этой стороны круга выполнялась правка). Хуже шероховатость будет на правом участке, там, где круг работает точкой.

где s - подача шлифовального круга, мм/об.

Получить требуемую шероховатость Ra 0,2 - 0,32 мкм на всем протяжении шлифованной поверхности можно, придав высокую точность перпендикулярности оси вращения круга к направлению подачи (рис.6). В этом случае при шлифовании можно наблюдать искрение одинаковой интенсивности на левой и правой рабочих сторонах круга. На обработанной поверхности проявляются не два, а три участка: первый участок, обработанный левой рабочей стороной круга; второй, на котором круг работал обеими сторонами; третий, обработанный правой рабочей стороной. Ступенька на стыке отсутствует, а шероховатость на всех трех участках примерно одинакова.

В конструкции станка предусмотрена возможность чрезвычайно тонкого регулирования положения оси шлифовального шпинделя путем поворота шлифовальной головки вокруг вертикальной оси. С помощью пары регулировочных винтов, размещенных слева и справа от оси поворота, можно тонко доворачивать головку, изменяя положение оси вращения круга. Определить положение оси можно путем пересечек индикатором, прикрепленным струбциной к оправке шлифовального круга, по прошлифованной поверхности.

Чтобы уменьшить воздействие ранее оговоренного ограничения 3), приходится работать кругами малых диаметров 80 - 100мм. Хотя для поддержания скорости резания 25 - 32 м/с необходимо иметь высокую частоту вращения круга 5000 - 7500об/мин, малогабаритные легкие шлифовальные круги даже при таких частотах вращения могут успешно работать без балансирования.

При шлифовании торцом круга углубленных цилиндрических поверхностей (см. рис.3,б) приходится работать с большими вылетами кругов, из-за чего жесткость технологической системы оказывается пониженной. Правильное решение проблемы состоит в сочетании оптимальной длины конической по форме оправки и увеличенного вылета шлифовальной головки из корпуса. Нужно придерживаться правила: максимальная длина оправки не должна превышать расстояния между подшипниками шлифовальной головки. Исходя из этого, следует отдавать предпочтение увеличению длины шлифовальной головки, а не оправки. Повышению жесткости также способствует увеличение диаметра шлифовальной головки, но при диаметре головки, большем, чем диаметр шлифовального круга, возникают ограничения в достижении углубленных поверхностей.

Обеспечение точности вращения изделия

Точность вращения изделия обеспечивается точностью вращения шпинделей передней и задней бабок, точностью вращения роликов поддерживающих люнетов и правильностью исходной выверки заготовки. Заготовку зажимают кулачками двух четырехкулачковых патронов передней и задней бабок.

Опыт завода показал, что наилучшие результаты достигаются, когда задняя бабка станка имеет шпиндельный узел, который по показателям жесткости и точности вращения шпинделя не уступает передней. Это обеспечивают следующим:

1) конструкция и размеры шпиндельного узла идентичны узлу передней бабки;

2) шпиндель имеет фланец для установки зажимного патрона;

3) в качестве радиальных опор шпинделя использованы подшипники серии 3182000 второго класса точности;

4) путем смещения при сборке внутренних колец в подшипниках создают натяг, обеспечивающий высокую жесткость.

Проверку точности вращения шпинделей токарных станков обычно осуществляют косвенно путем выявления радиальных и торцовых биений посадочных поверхностей под установку зажимных патронов и центров. При этом оценивают одновременно точность вращения оси и точность расположения относительно этой оси посадочных поверхностей шпинделя. Однако точность обработки на токарно-шлифовальных станках с закреплением заготовки в кулачках зажимных патронов никак не связана с точностью расположения этих поверхностей. Целесообразней с помощью специальной регулируемой оправки контролировать точность вращения оси шпинделя в соответствии с проверкой 4.11.2. ГОСТ18097-93 «Станки токарно-винторезные и токарные. Основные размеры. Нормы точности».

Оправку (рис.8) корпусом 1 прикрепляют к фланцу торца шпинделя станка. Положение стержня 2 регулируют торцовыми винтами 3 и радиальными 4 до получения минимально возможного биения у торца шпинделя и на определенном расстоянии от торца. Завод разработал конструкцию регулируемых оправок и оснастил производство для всех используемых размеров концов шпинделей.

Нормы, регламентированные ГОСТом, неоправданно уравнены с требованиями к биению, выявленному обычными оправками. Вероятно, авторы ГОСТа считали, что выверка регулируемых оправок до минимального биения - процедура трудоемкая и оставили запас на погрешность контроля. Опыт показывает, что при некотором навыке выверку можно осуществить с минимальной погрешностью и судить по показаниям измерительного прибора об истинной точности вращения шпинделя. На заводе установлена норма биения 4 мкм.

В конструкции шпиндельного узла использованы регулируемые роликовые подшипники типа 3182000 второго класса точности. Зазоры в подшипниках уменьшают до нуля. Ролики люнетов также опираются на подшипники второго класса точности, допустимое биение рабочей части роликов не должно превышать 5 мкм.

Выверка и закрепление обрабатываемых заготовок

Известно, что выверка массивной нежесткой заготовки является чрезвычайно трудоемкой процедурой. Если в станке не предусмотреть никаких конструктивных решений, то выверка и закрепление заготовки превратится в сверхсложную задачу, успешное решение которой не по силам даже квалифицированным умельцам.

Заготовка деформируется под действием сил тяжести и закрепления, что вынуждает преодолевать две трудности.

1. Провисание центральной части длинной заготовки, закрепленной кулачками патрона за концы, составляет несколько десятых долей миллиметра. В то же время, у ротора турбины, допускаемое радиальное биение большинства поверхностей относительно общей оси рабочих шеек, которые необходимо обрабатывать, не должно превышать 0,02 - 0,03 мм, т.е. должно быть в 30 - 40 раз меньшим.

2. При закреплении заготовки кулачками патрона передней бабки ее ось наверняка отклонится от оси станка. Фактическая величина отклонения тем больше, чем дальше удаление от патрона. Попытка закрепить второй конец заготовки кулачками патрона задней бабки сопряжена с искривлением оси заготовки.

Разработана и реализована технология надежной выверки и закрепления крупногабаритных нежестких заготовок. Эта технология осуществима при наличии в конструкции станка двух шпиндельных бабок (передней и задней), оснащенных четырехкулачковыми зажимными патронами, двух подставок и поддерживающих люнетов. Число люнетов выбирает заказчик в зависимости от длины станка и характера обрабатываемых на станке заготовок. Подставки имеют призмы, на которые свободно укладывают заготовку, их оси лежат в одной плоскости с осью станка. Призмы можно регулировать по высоте.

Оба конца заготовки первоначально выверяют соосно с осью станка. Приведем два возможных варианта выверки.

1. К каждому из концов заготовки крепят индикаторы и обкатывают ими по наружным поверхностям корпусов зажимных патронов. Чтобы исключить влияние биения корпуса патрона, заготовку и патрон одновременно поворачивают на одинаковый угол.

2. К патрону и заготовке крепят соответственно лазерные излучатель и приемник. Величину несоосности выявляют при одновременном провороте шпинделя и заготовки. Лазерные приборы для контроля соосности изготавливает ряд инофирм (Pergam, Германия; Fixturlaser и SKF, Швеция).

Только после того, как оба конца заготовки, окажутся соосными с осями шпинделей передней и задней бабок станка, можно приступить к закреплению заготовки кулачками патронов. Зажим совмещают с окончательной выверкой, доводя радиальное биение отдельных поверхностей заготовки до минимально допустимой величины (5 мкм по рабочим поверхностям, несколько больше по остальным). После выверки призмы подставок отводят от заготовки, а если подставки мешают обработке, то их снимают со станка.

Ролики поддерживающих люнетов нужно устанавливать на одну или две необрабатываемые в данной операции поверхности, которые имеют высокую точность формы (круглость). В противном случае погрешность заготовки будет передана обрабатываемой поверхности.

Режущий инструмент, режимы обработки, достигнутая точность

В качестве режущего инструмента можно рекомендовать применение шлифовальных кругов с достаточно крупным размером зерна, например, 40. Наибольшей универсальностью обладают круги из электрокорунда белого твердостью СМ2, которыми можно успешно шлифовать различные материалы разной твердости.

Такие характеристики кругов позволят достичь высокой производительности шлифования при предварительных и хороших результатов по шероховатости при чистовых рабочих ходах, выполненных с использованием чистовой правки круга. Подробнее о чистовой правке будет рассказано в следующем разделе

Табл. 1 Режимы шлифования торцом круга

Заправленный на режиме чистовой правки круг не обладает высокой режущей способностью, поэтому им следует делать не более двух рабочих ходов при малой глубине и один - два выхаживающих хода без поперечной подачи.

При необходимости увеличить производительность продольную подачу можно поднять до половины ширины рабочей стороны круга при шлифовании торцом и половины ширины круга при шлифовании периферией.

Поперечную подачу при предварительном шлифовании можно осуществлять на каждый одинарный ход круга, а при чистовых рабочих ходах - только раз на двойной ход. Станок имеет автоматический цикл шлифования от упора к упору. Еще более широкие возможности раскрываются при оснащении станка устройством ЧПУ с восстановлением положения режущей кромки круга после правки. Устройство ЧПУ или, по меньшей мере, устройство цифровой индикации, позволяют повысить производительность и точность обработки.

При шлифовании шеек роторов, выполненном в ходе испытаний нескольких станков мод. РТ958, достигнута на участке длиной 220 мм следующая точность:

1) Разноразмерность диаметров в продольном сечении - 5 мкм,

2) Разноразмерность диаметров в поперечном сечении - 10 мкм,

3) Соосность с другими поверхностями - 20 мкм.

Допуск разноразмерности составляет 20 мкм, соосности - 30 мкм.

Правка шлифовального круга

Процесс шлифования требует систематических правок, т.к. стойкость круга мала. В качестве правящего инструмента используют алмазы в оправе. Новый круг заправляют с целью ликвидации биения его рабочих поверхностей.

Конструкция станка должна обеспечить выполнение ряда условий:

1. Устройство правки должно обладать высокой жесткостью во избежание возникновения при правке отжимов алмаза и вибраций.

2. Должны быть обеспечены легкость и удобство размещения устройства правки в зоне работы круга.

3. Привод подач должен обеспечивать возможность осуществления правки на двух режимах (табл.2):

а) На режиме ускоренной подачи и большой глубины для выкрашивания затупившихся абразивных зерен;

б) На режиме чистовой правки перед осуществлением финишных рабочих ходов. При чистовой правке с малыми подачами (продольной и поперечной) алмаз не выкрашивает зерна круга, а перерезает. Даже крупнозернистый шлифовальный круг становится гладким, и, независимо от его зернистости, можно получить хорошую шероховатость (Ra 0,1 - 0,32 мкм), правда, режущая способность круга ухудшается.

4. Устройства ЧПУ или цифровой индикации значительно повышают производительность труда, так как появляется возможность быстрого выхода круга в позицию правки и его возврата после правки в место встречи с заготовкой, а также компенсации величины правки.

Табл.2 Режимы правки

Хорошо зарекомендовал себя вариант крепления правящего алмаза непосредственно к обрабатываемой детали. Съемное устройство правки охватывает одну из шеек детали лентой или цепью, крепление осуществляется винтовым зажимом. Вершину алмаза устанавливают в плоскости, в которой круг контактирует с обрабатываемой поверхностью. С этой целью на горизонтальную площадку алмазодержателя можно установить уровень. Самому алмазу целесообразно придать наклон к этой плоскости примерно на 10 - 15 градусов. Такое расположение обеспечивает как бы самозатачивание алмаза, так как при его повороте в держателе повернется и площадка затупления. Алмаз начнет работать новой вершиной.

Система охлаждения и защитные экраны

Система подачи СОЖ оснащена устройствами для очистки, как от металлических, так и неметаллических частиц - продуктов износа и правки круга. Недостаточно ограничиться использованием магнитных сепараторов.

Защитные экраны предназначены для предохранения работающих от брызг смазочно-охлаждающей жидкости и осколков шлифовального круга в случае его разрушения. В то же время элементы конструкции не должны ухудшать обзор зоны обработки и правки круга и затруднять подвод шлифовальных кругов к обрабатываемым поверхностям. Неплохо проявили себя съемные и переставные щитки и гибкие навесные элементы в виде кожаной и резиновой «лапши».

Выводы

1. Токарно-шлифовальные станки - это особый класс станков, область использования которых будет расширяться. Незаменимы эти станки при ремонте крупногабаритных массивных деталей.

2. В конструкции станков необходимо иметь переднюю и заднюю шпиндельные бабки, имеющие одинаковые характеристики точности и жесткости.

3. Целесообразно оснащать станки специальными сменными токарными и шлифовальными суппортами, которые устанавливают на одни и те же поперечные салазки станка. Шлифование выполняют на ограниченной длине обрабатываемой заготовки.

4. Во многих случаях эффективно шлифование наружных поверхностей торцом круга. Таким кругом можно достичь практически любой углубленной поверхности заготовки, что не всегда удается при шлифовании периферией круга.

5. Направляющие шлифовального суппорта должны обеспечивать прямолинейное перемещение салазок на всей длине хода без переориентации. Наилучшие результаты получены при использовании направляющих качения.

6. Держатель правящего алмаза должен обладать повышенной жесткостью, место правки круга должно совпадать с местом контакта круга с обрабатываемой поверхностью. Заслуживает внимания крепление алмаза на заготовке.

7. Должна быть обеспечена возможность правки круга на двух режимах: при увеличенной подаче и при медленной подаче алмаза относительно круга.

8. Оснащение станка устройством ЧПУ или цифровой индикацией позволяет повысить производительность труда и точность обработки.

9. Закреплению крупногабаритных нежестких деталей должна предшествовать выверка их положения относительно осей обеих бабок. Разработана технология выверки и закрепления таких деталей.

10. Разработана методика шлифования торцом круга, которое имеет в ряде случаев преимущество перед шлифованием периферией.

11. Система подачи СОЖ должна быть оснащена устройствами для очистки жидкости от металлических и неметаллических частиц.

Список литературы

1. Свидетельство на полезную модель №17295 РФ. Станок специальный токарный.