О стабилизации работы абразивных кругов при двухстороннем шлифовании в подвижных центрах

АННОТАЦИЯ

При обработке наружных цилиндрических поверхностей изделий машиностроения традиционными являются способы центрового и бесцентрового шлифования, которые, как правило, завершают технологический процесс. Бесцентровое шлифование характеризуется большой жесткостью технологической системы, позволяющей вести обработку с высокой производительностью, центровое – способностью обеспечивать высокую точность взаимного расположения обрабатываемых поверхностей. В условиях крупносерийного и массового производства важнейшим показателем эффективности технологической операции является ее производительность. Исследуется способ шлифования, который совмещает положительные свойства традиционных видов абразивной обработки и может успешно обеспечивать высокую производительность и точность. Обрабатываемая поверхность заготовки шлифуется одновременно двумя кругами с противоположных сторон. Один из шлифовальных кругов работает по схеме встречного шлифования, другой – по схеме попутного шлифования и, следовательно, условия работы кругов различны. Вследствие этого различен износ кругов и наработка до их правки. На обработанной поверхности наблюдаются участки с разной шероховатостью. С целью выравнивания условий работы кругов предлагается вести обработку с реверсированием вращения каждой последующей заготовки. Результаты экспериментальных исследований износа кругов, проведенных на разных режимах резания, показали, что условия работы шлифовальных кругов значительно выравниваются. Для обеспечения одинаковой шероховатости на всех участках обработанной поверхности заготовки необходим этап выхаживания.

ABSTRACT

When processing external cylindrical surfaces of engineering products, ways of centrical and centerless grinding are traditional that usually complete the technological process. Centerless grinding is characterized by high rigidity of the technological system which allows to conduct processing with high-performance, centrical one - the ability to ensure the accuracy of mutual location of the processed surfaces. In the context of large-scale and mass production, the most important indicator of the efficiency of manufacturing operation is its productivity. The grinding method is studied which combines positive characteristics of traditional types of abrasion and can successfully provide high productivity and accuracy. The processed surface of the workpiece is ground by two circles on opposite sides. One of the grinding wheels works according to the two-axis vector grinding, the other - under the scheme of climb grinding; therefore, working conditions of wheels are different. As a result, wheels amortization and operating time to their correction are different. Areas with different roughness are observed on the processed surface. In order to align working conditions of wheels it is offered to conduct processing with reversing rotation of each further workpiece. Results of experimental research of wheels amortization carried out at different cutting conditions have showed that working conditions of grinding wheels are aligned substantially. To ensure a uniform roughness on the areas of the processed surface of the workpiece, the sparking-out phase is necessary. 

При изготовлении машиностроительной продукции в условиях крупносерийного и массового производства одним из основных показателей эффективности технологического процесса является производительность. Технологическими операциями, завершающими технологический процесс, часто являются операции абразивной обработки. При обработке наружных цилиндрических поверхностей традиционными видами абразивной обработки являются центровое и бесцентровое шлифование. При сравнении способов центрового и бесцентрового шлифования с поперечной подачей (врезного шлифования)   более  производительным считается бесцентровое шлифование, так как бесцентровые шлифовальные станки обладают большей жесткостью и обрабатываемая заготовка не деформируется в направлении радиальной составляющей силы резания. Однако характерный для бесцентрового шлифования способ установки заготовки на опорный нож имеет недостаток, заключающийся в том, что цилиндрические поверхности ступенчатых валов могут иметь большие отклонения от соосности даже при совместной обработке этих поверхностей. При выборе технологической операции указанный недостаток часто бывает решающим с позиции применимости бесцентрового шлифования. Известна также склонность к проскальзыванию заготовки относительно поверхности ведущего круга, что вынуждает снижать режим обработки.

Центровое врезное шлифование, как правило, без затруднений обеспечивает  точность обработки по седьмому квалитету  и шероховатость Ra 0,63–1,25 мкм. Однако производительность операции ограничивается недостаточной жесткостью технологической системы, в которой жесткость заготовки  часто имеет определяющее значение.  Известно, что в общем балансе точности влияние жесткости технологической системы может составлять до 70% [3].

Анализ информационных ресурсов показал, что задача обеспечения производительности круглого шлифования заготовок в условиях массового производства может успешно решаться с помощью способа двухстороннего шлифования в подвижных центрах [1]. Этот способ заключается в том, что заготовка устанавливается в центра и располагается между двумя шлифующими кругами.  Центра с заготовкой имеют степень свободы в радиальном направлении между кругами. Поперечная подача одного из шлифовальных кругов обеспечивает самоустановку заготовки между кругами и обработку поверхности двумя кругами одновременно. Вращение заготовки осуществляется принудительно от поводка. Таким образом, сила действия одного круга становится равной силе действия круга с противоположной стороны, неравномерность износа шлифовальных кругов  не влияет на процесс одновременного шлифования и заготовка не деформируется в радиальном направлении под действием силы резания.

Очевидно, что такая схема обработки позволяет повысить производительность по сравнению с обычным центровым шлифованием как минимум в 2 раза, так как удаление металла с обрабатываемой поверхности происходит одновременно с двух сторон. Выполненные к настоящему времени исследования данного способа шлифования [2; 3] не ответили на целый ряд вопросов, которые возникают при его реализации. В частности, в этих исследованиях один шлифовальный круг работает по попутной схеме резания, а другой – по встречной, то есть условия работы абразивных кругов различны. Это обстоятельство приводит к тому, что и характер изменения рабочей поверхности шлифовальных кругов вследствие их затупления, засаливания или самозатачивания также различен. В результате шероховатость может различаться на различных  участках одной и той же обработанной поверхности, необходимость правки каждого круга различается во времени.  Таким образом, решение проблемы обеспечения одинаковых условий работы шлифовальных кругов при двухстороннем шлифовании способствует повышению качества обработанной поверхности и сокращению времени выполнения операции.

По результатам исследования способа двухстороннего шлифования в подвижных центрах предлагается выполнять обработку с реверсированием направления вращения заготовки. Изменить направление вращения заготовки целесообразнее, чем обеспечивать работу каждого шлифовального круга только по встречной или только по попутной схеме резания. Реверсирование следует осуществлять поочередно, т.е. одну заготовку обрабатывать с вращением в одну сторону, другую заготовку обрабатывать с вращением в противоположную сторону. Принятая схема обработки  с поочередным реверсированием вращения  заготовок позволяет шлифовальным кругам работать в одинаковых условиях, т.е. первый круг обрабатывает заготовку по встречной схеме резания,  а второй круг – по попутной. При обработке следующей заготовки первый круг работает по попутной схеме, второй круг – по встречной и т.д. В целом, наработка каждого круга до правки по попутной схеме резания и по встречной схеме резания будет практически одинаковой, и, следовательно, будут обеспечиваться равные условия изнашивания рабочих поверхностей кругов.

Для проверки этой гипотезы были выполнены экспериментальные исследования. Эксперименты проводились на бесцентровом круглошлифовальном станке модели 3М132. Вместо бабки ведущего круга была установлена вторая шлифовальная бабка. Поперечная подача осуществлялась одной шлифовальной бабкой. Для изменения скорости  вращения изделия и кругов использовались сменные шкивы. Исследования проводились по методике многофакторного планирования эксперимента.

Результаты экспериментов (рис.1, 2, 3) показали, что износ каждого из шлифовальных кругов при реверсировании вращения заготовки практически одинаков.

Рисунок 1. Зависимость минутного износа шлифовальных кругов от минутной подачи

Рисунок 2. Зависимость минутного износа шлифовальных кругов от скорости заготовки

Рисунок 3. Зависимость минутного износа шлифовальных кругов от скорости круга

Для обеспечения равномерной шероховатости на всей обработанной поверхности следует руководствоваться следующим. Из ранее выполненных работ известно, что при попутном и встречном шлифовании при одинаковых режимах резания шероховатость поверхности различается. Выполненные эксперименты показали,  что это происходит только в случае отсутствия  этапа выхаживания. Если же использовать этап выхаживания,  то разница в окончательной шероховатости поверхности при попутном и при встречном шлифовании практически исчезает (рис.4).

 Рисунок 4. Зависимость обработанной поверхности от времени выхаживания

Из сказанного следует, что обработку необходимо заканчивать этапом выхаживания, причем, для того чтобы сформировалась одинаковая шероховатость поверхности, достаточно трех-четырех оборотов заготовки.