Профильное шлифование

DjVu

      ПРЕДИСЛОВИЕ
      В машиностроении широко распространены точные детали сложного контура — зубчатые колеса, шлицевые валы и втулки, микрометрические, ходовые и силовые винты, копиры, шаблоны, калибры, фасонные режущие инструменты (резцы, фрезы), инструменты для обработки давлением (матрицы, пуансоны) и др. Наиболее эффективные способы финишной обработки таких деталей основаны на использовании профильного шлифования. Современное оборудование, абразивные инструменты из обычных и сверхтвердых материалов и способы их правки обеспечивают возможность высокопроизводительного и точного шлифования фасонных поверхностей деталей из конструкционных, инструментальных и быстрорежущих сталей и твердых сплавов.
      Основными способами профильного шлифования являются способ копирования и способ обкатки. Шлифование по способу копирования выполняется абразивным кругом, которому путем правки придают контур, соответствующий контуру детали. Шлифование по способу копирования существенно упрощает кинематику станка и применяется чаще всего на универсальных станках. Шлифование по способу обкатки выполняется кругами простой формы (конической, плоской, радиусной) и состоит в придании кругу сложного движения относительно заготовки. Поверхность детали, получаемая в результате обработки по способу обкатки, является огибающей ко всем положениям рабочей поверхности круга, которые он занимает, перемещаясь относительно заготовки. Поэтому способ обкатки часто называют также способом огибания.
      При подготовке к изданию настоящего выпуска авторы ставили своей целью ознакомить читателя со способами, оборудованием, особенностями правки, выбора характеристик шлифовальных кругов и режимов обработки для основных видов профильного шлифования, к которым отнесены: шлифование фасонных поверхностей шаблонов, копиров, режущих инструментов и инструментов для обработки давлением; эвольвентных поверхностей зубьев колес; резьбовых поверхностей винтов и резьбообразующих инструментов.
      Все отзывы и пожелания просим направлять по адресу: 191065, Ленинград, ул. Дзержинского, 10, ЛО изд-ва «Машиностроение».
     
      Глава 1 ШЛИФОВАНИЕ ФАСОННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
      1.1. Способы шлифования фасонных поверхностей
      В машиностроении широко применяют детали, имеющие сложную форму, представляющую собой совокупность участков цилиндрической, конической, плоской поверхностей. Такие детали можно объединить в четыре группы.
      Первая группа — это детали машин и приборов: кулачки, копиры, распределительные валы двигателей внутреннего сгорания, элементы лопаток турбин, детали топливной аппаратуры. Ко второй группе относят различные лекальные изделия, применяемые для контроля деталей машин, — профильные шаблоны, калибры для контроля элементов профиля и комплексной проверки нескольких размеров детали.
      В третью группу входят детали штампов и пресс-форм — пуансоны, матрицы, вкладыши. Четвертую группу составляют различные виды режущего инструмента: фасонные круглые и призматические резцы, фасонные фрезы.
      При высоких требованиях к точности, шероховатости фасонных деталей, сочетающихся с повышенной твердостью поверхностного слоя, их обработку выполняют методами профильного шлифования.
      Шлифование фасонных поверхностей выполняют двумя способами — способом управляемых перемещений круга относительно детали и способом копирования. Шлифование способом управляемых перемещений ведут кругами, заправленными по прямолинейному, двуугловому или радиусному профилю. Контур профиля детали, шлифуемой по способу управляемых перемещений, является огибающей всех положений крута, которые он занимает, перемещаясь относительно детали. Способ управляемых перемещений имеет две основные разновидности — кинематическое воспроизведение профиля и воспроизведение профиля при помощи копира. Способом кинематического воспроизведения шлифуют фасонные профили, состоящие из прямолинейных участков и дуг окружности. В специальных случаях возможно воспроиз-
      Рнс. 1.1. Схемы шлифования угловых участков профиля крута:
      I — магнитная плита станка; 2 — синусный кубик; 3 — шлифуемая деталь; 4 — шлифовальный круг; 5 — синусная линейка; 6 — блок мерных плиток; 7 — синусное центровое приспособление; 8 — магнитная плита; 9 — приспособление для шлифования многогранных деталей; 10 — поворотная магнитная плита ведение эвольвентных, архимедовых и других кривых. На плоскошлнфовальных станках угловые участки профиля шлифуют следующими способами.
      1. Путем закрепления детали в приспособлениях — синусном кубике (рис. 1.1, о); синусной линейке (рис. 1.1,6); синусных центрах (рис. 1.1, е); синусной магнитной плите (рис. 1.1, г).
      2. Закреплением детали в поворотной магнитной плите и в многогранном поворотном приспособлении (рис. 1.1,6, е).
      При обработке в синусном кубике при переходе от одного углового участка к другому необходимо пере-закреплять деталь. Без перезакрепления могут быть обработаны взаимно перпендикулярные поверхности. Шлифование в поворотных синусных приспособлениях позволяет увеличить число обрабатываемых без перезакрепления поверхностей детали. Этим следует пользоваться при шлифовании деталей малых размеров, а также в тех случаях, когда шлифуют технологические базы, а обработку ведут относительно еще не прошлифованных поверхностей.
      Многогранные детали в многогранном приспособлении шлифуют без перезакрепления детали. Это обеспечивает точное расположение шлифуемых поверхностей, повышает производительность труда.
      Радиусные участки профиля при его кинематическом воспроизведении шлифуют путем совмещения центра дуги с центром покачивания детали (рис. 1.2, а). При этом радиус определяют расстоянием рабочей поверхности круга от центра качания. Способом кинематического воспроизведения можно обработать деталь по произвольному контуру, состоящему из прямолинейных участков и дуг окружностей на универсальном приспособлении для координатного шлифования (рис. 1.2, г). Такое приспособление состоит из крестового суппорта, закрепленного на горизонтальном шпинделе устройства. Установку детали под заданным углом производят за счет поворота шпинделя приспособления. Радиусные участки профиля шлифуют после совмещения центра дуги с осью шпинделя. Размер радиуса уточняют при помощи механизма подачи станка. Совмещение центра дуги с осью поворота приспособления достигают перемещением детали по направляющим крестового суппорта. Способ кинематического воспроизведения профиля детали может быть реализован при закреплении детали в сменных прижимных планках и ее обработке в центровом приспособлении (рис. 1.2, в). В этом случае деталь закрепляют между двумя планками с центровыми отверстиями. Дуговые участки профиля шлифуют путем вращения детали в центрах приспособления. Предварительно деталь устанавливают так, чтобы центр дуги профиля радиуса R совпадал с осью центрового отверстия планки (рис. 1.2,6).
      При помощи копирных приспособлений (рис. 1.2,6) можно обработать замкнутый профиль детали или отдельные криволинейные участки профиля. На этих приспособлениях копир контактирует с упором. При огибании упором профиля копира шлифовальный круг воспроизводит заданный профиль детали. Обработка деталей по способу копирования состоит в воспроизведении профиля шлифовального круга. Способ копирования применяют при работе на плоскошлифовальных, круглошлифовальных, бесцентрово-шлифовальных станках. Контур детали, обработанный по способу копирования, полностью совпадает с профилем круга. Основная подготовительная операция при шлифовании деталей по методу копирования — создание профиля круга. Профилирование кругов производят при помощи приспособлений для алмазной правки накатыванием профиля металлическими роликами, правкой алмазными роликами. Способ копирования обладает достаточно высокой производительностью и точностью. Вместе с тем возможность его применения ограничивается из-за того, что длина шлифуемого профиля не может быть больше ширины круга, высота профиля ограничивается прочностью круга, возможностью его правки, увеличением перепада скорости резания, вызывающего неравномерное изнашивание круга. Если при шлифовании по способу копирования в работе участвует весь профиль круга, то процесс шлифования требует большего расхода мощности. Одновременно ухудшаются условия теплоотвода. Оба эти фактора приводят к увеличению нагрева детали. Поэтому для предупреждения появления прижогов и других дефектов на поверхности, шлифование по способу копирования следует вести с применением эффективных смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ). Благодаря простоте кинематики за счет применения врезного шлифования, способ копирования широко применяют при работе на универсальных станках. На бесцентровых и универсальных круглошлифовальных -станках обработка по способу копирования является единственным способом профильного шлифования.
      Профильное шлифование на специальных профилешлифовальных станках выполняют по способу управляемых перемещений круга относительно детали. Обработку ведут кругами двууглового профиля.
     
      1.2. Профилсшлнфовальные станки
      На профилешлнфовальных станках шлифуют шаблоны, детали штампов, матриц и пресс-форм, фасонные призматические и круглые резцы. Обработку профиля детали производят кругами двуугловой формы по методу обкатки, основанному на управлении перемещением круга относительно детали. Основными типами профилешлифовальных станков являются оптические, копировально-шлифовальные станки, станки с числовым программным управлением (ЧПУ). Технические данные выпускаемых и намеченных к выпуску в двенадцатой пятилетке отечественных профилешлифовальных станков приведены в табл. 1.1. Станки с индексом Ф1 оснащены устройством цифровой индикации.
      Оптические профилешлифовальные станки. Обработка деталей на оптических профнлешлифовальных станках моделей 395М, 3952Ф1 основана на принципе совмещения профиля детали с профилем чертежа, выполненного в увеличенном масштабе. Профиль шлифуемой детали проецируют на экран в 50-кратном увеличении. Схема проектора показана на рис. 1.3.
      От источника света I лучи направляются отражателем 2 на шлифуемую деталь 3. Отраженный от детали поток лучей проходит через диафрагму 4, систему линз 5, проецирует изображение детали на зеркало 6, которое направляет увеличенное изображение на экран 7. Профиль детали 8 получают в виде резкого темного изображения на ярко освещенном экране. Вместе с контуром детали виден в увеличенном масштабе контур шлифовального круга 10. На экран 7 накладывают выполненный в масштабе 50:1 чертеж детали, который вычерчивают на прозрачной кальке. Таким образом на экране одновременно видны изображение профиля шлифуемой заготовки и выполненного в увеличенном масштабе профиля детали. Это дает возможность определить, какой размер припуска 9 нужно сошлифовать, чтобы получить заданный профиль детали. Перемещая круг при помощи механизмов подачи шлифовальной бабки, шлифовщик ведет режущую кромку круга по линии увеличенного чертежа, совмещая контур детали с контуром чертежа. Точность обработки не зависит от износа круга, так как шлифовщик вносит необходимые поправки в его перемещение. Наряду с ручным перемещение суппортов может быть автоматическим при помощи механизмов, оснащенных двигателями постоянного тока. Скорость автоматического перемещения суппортов регулируют изменением частоты вращения электродвигателей постоянного тока путем поворота рукояток реостатов.
      Шлифовальный круг станка кроме управляемых перемещений вдоль контура заготовки совершает возвратно-поступательное перемещение вдоль обрабатываемой поверхности. Такое перемещение может быть направлено под требуемым углом к поверхности, контур которой контролируется. Это необходимо, например, при заточке задних поверхностей фасонных призматических резцов. Все узлы станка смонтированы на станине I (рис. 1.4), представляющей собой жесткую литую конструкцию. Сверху станины установлены шлифовальные суппорты, координатный стол изделия Р, корпус оптического устройства. Внутри станины помещена колонка стола изделия. Перемещение колонки осуществляют подъемным механизмом 8. На тумбе станины встроен проектор 7, имеющий экран 14, на котором в увеличенном масштабе проецируют обрабатываемую деталь и шлифовальный круг 10. Шлифовальная головка 20 установлена на салазках, совершающих в процессе обработки осциллирующее возвратно-поступательное прямолинейное перемещение по направляющим корпуса 19. Шлифовальные суппорты обеспечивают управляемое перемещение шлифовального круга вдоль контура детали. Они закреплены на основании 2, допускающем поворот шлифовального круга под углом ±10° относительно вертикальной оси. На задней стенке корпуса шлифовальной головки закреплен электродвигатель, который через плоскоременную передачу приводит во вращение шлифовальный шпиндель. Осциллирующее перемещение салазок шлифовальной головки осуществляют кулисным механизмом, приводимым в движение тем же ремнем, что и шкив шлифовальной головки. Промежуточный шкив, получающий вращение от этого ремня, через коробку скоростей передает движение эксцентриковому валу. Палец вала, вращаясь в пазу кулисы, покачивает ее и приводит в движение связанные с ней при помощи винтовой пары салазки шлифовальной головки. Ход салазок изменяют поворотом эксцентрикового валика от 5 до 50 мм. Поворотом корпуса 19 по круговым направляющим вокруг горизонтальной оси можно изменять направление осциллирования шлифовальной головки относительно опорно-горизонтальной поверхности координатного столика 9. Размер поворота отсчитывают по дуговым шкалам, выполненным на поворотном корпусе шлифовальной головки.
      Ручное перемещение салазок верхнего суппорта выполняют маховиком б, нижнего — маховиком 22. За один оборот маховика салазки перемещаются на 0,02 мм. Высокая точность перемещения шлифовальной головки необходима для того, чтобы выдерживать жесткие допуски на элементы шлифуемого профиля. Автоматическое перемещение верхних и нижних салазок настраивают регулятором 3 и используют при обработке прямолинейных участков профиля, расположенных под различными углами. Передаточное число планетарного механизма можно изменять винтом 5. Им же можно включить ручное управление перемещения салазок при помоши рукояток 4 и 21. Скорость автоматического перемещения верхних салазок шлифовальной головки регулируют рукояткой 16, нижних — рукояткой 12. Тумблером 17 изменяют автоматическое движение верхних салазок, а тумблером 11 — нижних. Кнопками 15 производят пуск и останов электродвигателя привода шпинделя, а кнопками 13 — запуск и выключение генератора, питающего электродвигатели привода автоматического перемещения салазок суппорта.
      Детали, закрепленные на рабочей плоскости координатного столика относительно объектива 18 оптической системы станка, перемещают по направляющим столика. Для получения четкого изображения увеличенного контура детали верхнюю плоскость ее, по которой контролируют ее профиль, устанавливают в фокус объектива вертикальным перемещением колонки.
      При работе на станке продольным и поперечным перемещением координатного столика нужный участок обрабатываемого контура вводят в поле зрения проектора. Вращением рукояток продольной и поперечной подач режущую кромку круга направляют так, чтобы она описывала заданный чертежом контур детали. Одновременно следят за шлифуемым профилем, изображение которого оптической системой станка проецируется на экране. В результате получают профиль, геометрически подобный профилю, изображенному на чертеже, с размерами, уменьшенными в 50 раз. Если обрабатываемый профиль укладывается в квадрат 10X10 мм, соответствующий размерам чертежа 500 X 500 мм, то весь профиль обрабатывают без перестановки кареток координатного стола. Обычно длина и высота профиля имеют большие размеры. В таких случаях профиль детали по длине и высоте разбивают на участки, которые вписывались бы в квадраты с размерами сторон по горизонтали и вертикали 10X10 мм. Согласно проведенной разбивке, увеличенные в 50 раз участки вычерчивают на чертеже 500 X 500 мм таким образом, чтобы чертежи, вычерченные участками, можно было совместить в одно целое. Прн последовательной обработке контура детали каретку стола с закрепленной деталью перемещают по плиткам в продольном и поперечном направлениях через каждые 10 мм.