РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНЫХ РАБОЧИХ ЦИКЛОВ НА ОПЕРАЦИЯХ ПЛОСКОГО ШЛИФОВАНИЯ

Операция шлифования обычно завершает цикл механической обработки заготовки и определяет конечный этап, точность и качество поверхности детали. Шлифование рассматривают как метод чистовой обработки, дающий возможность достигнуть 5...7-й ква- литет точности и заданное качество обработанной поверхности.

Создание и выпуск отечественной станкостроительной отраслью промышленности плоскошлифовальных станков, работающих по автоматическому циклу изменения режимов обработки с плавным изменением скорости резания, позволяет существенно изменить структуру шлифовальной операции, дав возможность технологу осуществлять управление процессом обработки по параметру скорости резания и соединять в одной операции существенное увеличение скорости съема металла (как основное преимущество высокоскоростного шлифования) с достижением высокой точности выполняемых размеров и заданного качества поверхности.

Основой для создания таких операций при обработке закаленных углеродистых, нержавеющих и быстрорежущих сталей кругами из белого электрокорунда или эльбора являются приведенные ранее выводы и рекомендации, обусловленные влиянием скорости резания на силы резания, износ и период стойкости шлифовальных кругов, точность, контактную температуру шлифования и качество обрабатываемой поверхности. Обработку с разными скоростями резания в таких случаях можно осуществлять в одну операцию и производить на одном станке. При этом возможно как ступенчатое изменение скорости резания, так и плавное (если конструкция станка позволяет это сделать). Существует вариант разделения обработки на две-три операции (например, черновую, чистовую и тонкую) и выполнение каждой на отдельном станке, настроенном на определенную скорость резания. Однако при этом увеличивается вспомогательное время, а точность получаемых размеров уменьшается по сравнению с первым случаем, когда обработка ведется с одного установа. Для получения оптимального варианта обработки необходимо производить изменение скорости резания, учитывая конкретные условия выполнения операции, рекомендуемые для каждого этапа обработки, технические возможности станка и абразивного инструмента.

В основе выбора варианта должно лежать главное преимущество высокоскоростного шлифования — повышение производительности обработки, определяемой штучным временем, затраченным на операцию.

Производительность зависит от основного времени Т0, необходимого для снятия припуска с заготовки, вспомогательного времени Тв на установку и снятие заготовки, ее измерение, управление станком и времени обслуживания Гобсл. Основную часть времени обслуживания занимает процесс периодической правки круга. Результаты проведенных исследований показывают, что с увеличением скорости резания появляется возможность увеличить интенсивность съема металла при сохранении периода стойкости элек- трокорундового круга постоянным. Поэтому можно считать, что время, затрачиваемое на правку круга, не изменяется, и для определения изменения штучного времени можно учитывать только изменение основного времени, считая вспомогательное время и время обслуживания постоянным при изменении скорости резания.

Основное время при шлифовании можно определить из выражения [66]:

где ф — объем металла, подлежащий снятию.

Для плоской заготовки

где / и & — длина и ширина обрабатываемой поверхности заготовки; г — припуск на обработку. Значения скорости съема металла определяются по формуле (2.10). Подставляя в формулу (4.1) выражения (4.2), (2.8) и (2.10), можно получить выражение для Т0:

В полученной зависимости можно выделить влияние скорости резания на производительность в виде трех основных эффектов: кинематического (1^), скоростного (агср) и статистического (ЛГР) [138].

Изменение скорости резания приводит к пропорциональному изменению числа режущих кромок, проходящих зону шлифования в единицу времени (кинематический эффект), к изменению силы, действующей на каждую режущую кромку при одном сечении среза, выдерживаемого вершиной абразивного зерна (скоростной эффект), к изменению критического отношения аг/р, характеризующего момент начала резания (статистический эффект). По формуле (4.3) можно рассчитать основное время всего цикла и отдельного этапа. Как видно из зависимости, увеличение скорости резания приводит к пропорциональному уменьшению основного времени обработки.

Для получения оптимального варианта обработки необходимо определить влияние скорости резания на факторы, ограничивающие повышение производительности: качество шлифованных поверхностей, точность размеров и геометрической формы заготовки. Вопрос о влиянии скорости резания на качество поверхности рассматривался выше.

Достижение заданной точности обработки имеет особенно важное значение при чистовых операциях шлифования. Для определения влияния скорости резания на точность размеров и геометрическую форму заготовок исследовалось изменение отношения одноименных погрешностей заготовки до (АД и после обработки (АД, т. е. уточнение с = Д3 /Аз.

Фактическая точность размеров и геометрической формы обработанных заготовок в сильной степени зависит от изменения величины отжатий в упругой технологической системе вследствие колебания нормальной составляющей силы резания Ру. Величину А!, можно определить, подставив в формулу для е выражение Ру в зависимости от скорости резания и других режимов:

где С — коэффициент жесткости шпинделя относительно стола станка.

Погрешность исходной заготовки Д3 = ^тах - ?ю1п.

На рис. 4.21 показано влияние скорости резания на уточнение е, рассчитанное по формуле (4.4.) и полученное экспериментально при шлифовании закаленной стали 45 за один рабочий ход кругом 24А25СМ17К43. Режимы обработки: Ук = 17, 35, 70 м/с; Рд = 20 м/мин; Д3 = 0,03 мм; = 0,01 мм; tmяx = 0,04 мм; СОТЖ — 5% -ный водный раствор эмульсола, подаваемый в зону шлифования под давлением 4105 Па.

Анализ показывает, что при постоянной скорости съема значение уточнения обратно пропорционально нормальной составляющей силы резания. Следовательно, можно подобрать такое значение вертикальной подачи (глубины резания), когда будет обеспечено равенство значений ДРу и Д3. Например, при Ук = 35 м/с, t = 0,01 мм и при заданном значении Д3 = 0,03 мм имеем ДРу = = 67,3 Н и Д3 = 0,054 мм. Примерно такие же значения для АРу и Д; можно получить при Ук = 70 м/с и 1 = 0,04 мм, т. е. при увеличении скорости металла почти в 4 раза. Ограничениями для увеличения скорости съема металла в данном случае является шероховатость поверхности и качество металла поверхностного слоя.

В случае необходимости сохранения постоянства параметров качества поверхности при Ук = 70 м/с следует увеличить скорость изделия до соотношения Укя = 100. При легких режи-

Рис. 4.21

Влияние скорости резания на величину уточнения при шлифовании закаленной стали 45:

Рис. 4.22

Влияние на отклонение от плоскостности и прямолинейности числа ходов «выхаживания» при обработке закаленной стали 45:

  • 1 — расчетные данные; 2 — экспериментальные.
  • 1 — 35 м/с; 2 — 70 м/с.

мах (< = 0,01 мм) шлифования после трех ходов погрешность заготовки, переносимая с предыдущих переходов, становится равной погрешности обработки на данном станке, а при более интенсивных режимах шлифования (< > 0,01...0,02 мм) для этого необходимо провести четыре-пять ходов «выхаживания» без подачи круга на глубину.

Определенное экспериментально для разных скоростей резания минимальное значение отклонения от плоскостности и прямолинейности при обработке закаленной стали 45 кругом 24А25- СМ17К43 равно 0,004 мм, что соответствует четвертой степени точности при толщине заготовки 25 мм (рис. 4.22). При этом точность полученных размеров для заготовок, имеющих толщину свыше 6 мм, находится в пределах 5-го квалитета точности и не зависит от скорости резания.

С точки зрения достижения наивысшей и стабильной точности изготовления деталей обработка с повышенной скоростью резания выгоднее, так как процесс в этом случае характеризуется снятием более тонкой стружки (с увеличением скорости резания значения отношения аг уменьшаются) и влияние причин, вызывающих рассеяние размеров и появление погрешности геометрической формы заготовок, уменьшается [72].

Однако при больших скоростях вращения шлифовального круга и перемещениях стола с заготовкой на точности обработки сказываются вибрации, возникающие в связи с неравномерностью износа круга. При этом преимущества увеличения скорости резания почти не реализуются. Уменьшение скорости стола с изделием может отрицательно сказываться на тепловом балансе обработки и качестве шлифуемой поверхности. Поэтому для снятия основной части припуска необходимо работать при наибольшей рекомендуемой скорости резания, а затем для достижения заданной точности размеров и качества обработанной поверхности необходимо переходить на более низкие скорости. В этом случае образующиеся при неравномерном износе волны на поверхности круга сглаживаются [66].

Необходимость уменьшения скорости резания на этапе «выхаживания» диктуется еще и тем, что при шлифовании с большими скоростями не рекомендуется допускать затупление круга до образования площадок износа с диаметром 40. ..60 мкм, так как при таком износе составляющая силы резания и сила трения возрастают пропорционально площадке износа. При этом увеличивается величина погрешности обработки вследствие упругих отжатий системы шлифовальный круг — стол станка.

Таким образом, увеличение скорости резания на операции плоского шлифования позволяет уменьшить число ходов при снятии основного припуска и тем самым значительно сократить основное время обработки, не ухудшая качества шлифуемой поверхности и не снижая точности получаемых размеров.

Выбор варианта построения рациональной структуры операции плоского шлифования с использованием высоких скоростей резания зависит от того, какая из двух задач решается:

? увеличение скорости съема металла примерно пропорционально увеличению скорости резания при достижении высоких требований к точности получаемых размеров и качеству обработанных поверхностей;

« резкое увеличение скорости съема металла с нежесткими требованиями к точности получаемых размеров и качеству поверхности.

Плоскошлифовальный станок с крестовым прямоугольным суппортом и горизонтальным шпинделем модели ЗЕ711ИВ, оснащенный тиристорным приводом вращения круга конструкции ВСКБЗШ и ЗС, модернизированный на расширенный диапазон изменения скоростей резания (17...70 м/с), для которого разрабатывались варианты обработки, позволяет осуществить решение этих задач в автоматическом цикле.

Последовательность автоматического цикла следующая. После установки заготовки на станке производится шлифование на черновых режимах. Далее происходит автоматическое переключение на чистовой режим, уменьшаются вертикальные и поперечные подачи и скорости продольного перемещения стола. По достижении заданного размера отключается вертикальная подача и начинается «выхаживание», число ходов которого предварительно настраивается. После окончания «выхаживания» происходит отскок шлифовальной головки на заранее настроенную величину, остановка стола в крайнем правом положении, а суппорта — в переднем. Цикл окончен. В автоматический цикл обработки включена автоматическая правка шлифовального круга после определенного, настраиваемого заранее, числа циклов. С механизмом правки кинематически связано устройство регулирования скорости круга. При уменьшении диаметра круга подается электрическая команда на увеличение частоты вращения шпинделя. Автоматизация цикла осуществляется путем измерения текущего размера заготовки с помощью прибора активного контроля БВ-4138 и подачи соответствующих команд для изменения скоростей и подач. На рис. 4.23 и в табл. 4.14 показан вариант обработки для решения первой задачи.

Рис. 4.23

Рабочий цикл на операциях плоского шлифования заготовки из стали 45 (НИС 44...48) кругом 24А25СМ17К43 с постоянной скоростью резания (- • -) и с переменной (-)

Та 6л и ца 4.14

Режимы обработки и технологические параметры рабочих циклов плоского шлифования заготовки из стали 45 (НИС 44...48) кругом 24А25СМ17К43

Продолжение табл. 4.14

Исходные данные:

  • 1) заготовка— «платик» 100x100x40, материал— сталь 45 (НИС 44...48);
  • 2) шлифовальный круг ПП 250x76x20 24А25СМ17К43;
  • 3) припуск под шлифование г = 0,5 мм;
  • 4) требования к точности обработки и качеству шлифованных поверхностей: точность размеров — размер 40Ь6 по 1Т6; точность формы — допуск плоскостности и прямолинейности обработанной поверхности не должен превышать 0,008 мм на всей длине; качество поверхности — шероховатость поверхности іїа = 0,4 мкм, упрочнение на глубину не более 0,01 мм.

При разработке цикла шлифования учитывались следующие особенности обработки на станке указанной модели:

  • ? наименьшее поперечное перемещение стола — 200 мм;
  • ? автоматическое изменение скорости продольного перемещения стола с большей на малую при переходе с черновых режимов на чистовые. При этом на чистовых режимах уменьшается длина хода стола, которая устанавливалась с таким расчетом, чтобы при чистовых режимах щуп прибора активного контроля опускался на поверхность заготовки, а шлифовальный круг сходил с нее в момент реверса стола;
  • ? время переходного периода при переключении скоростей круга и стола с заготовкой определялось с помощью секундомера до момента стабилизации частоты вращения шпинделя, замеренной тахометром. При этом необходима синхронизация переключения скоростей, в задачу которой входит исключение возможного увеличения в переходный период значений толщины среза абразивным зерном и уменьшения мгновенных значений отношения Ук/У . Если этой синхронизации не производить, то в переходный период могут возникнуть кратковременные тепловые и динамические перегрузки, что может вызвать повышенный износ круга и прижоги на обработанной поверхности. Таким образом, на операции плоского шлифования переключение скоростей целесообразно выполнять в момент выхода шлифовального круга из контакта с поверхностью заготовки, т. е. в момент реверса поперечной подачи.

Экспериментальная проверка данного цикла путем шлифования партии деталей показала, что время цикла уменьшается примерно на 18%. Следует отметить, что период стойкости шлифовального круга при обработке по обоим вариантам оказался примерно одинаковым. Приведенный на рис. 4.23 цикл со ступенчатым регулированием скорости вращения круга, скорости стола с изделием и изменением вертикальной подачи был реализован при постоянной поперечной подаче 8 = 4 мм/ход. Увеличение последней приводит к увеличению скорости съема металла, однако при этом ухудшается качество шлифованной поверхности и увеличивается теплонапряженность в зоне обработки. Уменьшение поперечной подачи может в значительной мере увеличить основное время обработки, но уменьшить шероховатость и увеличить точность геометрической формы заготовки путем увеличения числа повторных ходов круга или числа ходов «выхаживания» при снятии основного припуска (на этапах черновой и чистовой обработки).

Вариант с бесступенчатым изменением скорости резания на операции шлифования той же заготовки тем же кругом показан на рис. 4.24.

Применение такого цикла позволило уменьшить основное время в 1,85 раза по сравнению с обработкой при постоянной скорости резания, равной 35 м/с, путем исключения «выхаживания». При этом параметры качества обработанной поверхности и точности геометрической формы оказались практически одинаковыми в обоих случаях (Да = 0,5 мкм, величина отклонений от плоскостности и прямолинейности не более 0,007 мм). Изменение скорости резания и скорости продольного перемещения стола производилось после каждого прохода. Значения скоростей предварительно рассчитывались с учетом числа ходов, необходимых для снятия заданного припуска при выбранном значении вертикальной подачи шлифовального круга таким образом, что отношение Укд = 100.

Рис. 4.24

Рабочий цикл на операциях плоского шлифования заготовки из стали 45 (1ШС 44...48) кругом 24А25СМ17К43 с бесступенчатым изменением скорости резания

Изменение вращения круга и направления продольного перемещения стола производится при полном выходе круга из зоны обработки в момент реверса поперечной подачи. В этом случае нейтрализуются возможные отрицательные воздействия переходного периода на качество шлифованных поверхностей и износ круга. Следует отметить, что данные варианты циклов являются наиболее эффективными только для конкретных условий обработки (характеристика шлифовального круга, состав и способ подачи СОТЖ, режимы правки идр.). В случае изменения этих условий (например, для получения жестких требований к качеству обработанных поверхностей, рекомендуем уменьшить твердость круга на одну ступень и увеличить давление СОТЖ и т. п.) можно найти более эффективный вариант цикла шлифования, разработанный по такому же принципу.

На рис. 4.25 показан цикл для решения второй задачи. Он характерен тем, что состоит из двух этапов обработки. Первый — черновой — производится при предельном увеличении скорости съема металла. Ограничениями в этом случае являются период стойкости шлифовального круга и качество металла поверхност-

Рис. 4.25

Рабочий цикл на операциях плоского обдирочного шлифования заготовки из стали 45 с изменением скорости резания, скорости стола с изделием и поперечной подачи

ного слоя (прижоги с распространением сильно отпущенного слоя на большую глубину, для удаления которого потребуются специальные методы или значительные затраты времени на чистовой обработке).

Второй этап состоит в 2...3 ходах «выхаживания» при Ук = = 35 м/с с уменьшением поперечной подачи для частичного улучшения качества металла поверхностного слоя заготовки. Увеличение скорости резания до 60 м/с по сравнению с обычными скоростями позволяет пропорционально увеличивать скорость съема металла при постоянном периоде стойкости круга, однако при этом повышается контактная температура шлифования. Для частичной нейтрализации данного явления необходимо использовать в качестве абразивного материала циркониевый 38А, более стойкий к истиранию, чем белый электрокорунд, а твердость круга увеличить на одну-три степени, оставляя зернистость без изменения. При этом следует обязательно применять специальные составы СОТЖ и способы подачи ее в зону шлифования [149]. Такие циклы рекомендуются при разделении операций и выполнении каждой на отдельном станке или при замене других операций (например, фрезерования) операциями обдирочного шлифования для получения более низкой высоты шероховатости поверхности.

Для примера на рис. 4.26 приведен цикл операции шлифования плоскостей разъема корпусов редукторов из серого чугуна, СЧ20, разработанный для замены существующей операции фрезерования, выполняемой на продольно-фрезерном станке модели 6Б62.

Длина одного корпуса — 640 мм, ширина — 450 мм. Припуск на обработку — 8±2 мм. Фрезерная операция осуществляется в два перехода с установкой на столе станка шести корпусов и обработкой трех корпусов одновременно:

« предварительное фрезерование — скорость резания V = 64 м/мин;

продольная подача в = 250 м/мин; глубина резания ? = 6 мм;

? чистое фрезерование — У= 102 м/мин; в = 250 мм/мин; t = 2 мм.

Основное время для одной заготовки Т(п = 12 мин. Штучное время — 51,6 мин. Достигаемая шероховатость поверхности = 20 мкм.

Замену фрезерной операции на шлифовальную можно осуществить, используя торцешлифовальный станок модели ЗМ758, имеющий скорость резания 60 м/с и мощность электродвигателя главного движения 100 кВт. В качестве абразивного инструмента

Рис. 4.26

Рабочий цикл операции шлифования плоскостей разъема корпуса редуктора целесообразно использовать сегментные круги СК 140x60/50x250 14А125СТ1Б, изготовленные методом горячего прессования.

Цикл осуществляется в три рабочих хода. Первый — работа по литейной корке с глубиной резания t = 2 мм, в = 750 мм/мин, Ук = 60 м/с. Второй — снятие основного припуска, режимы резания: Ук = 60 м/с, в = 1250 мм/мин, t = 6 мм. Третий — один ход «выхаживания» с Ук = 60 м/с, в = 750 мм/мин для получения заданной шероховатости поверхности. Основное время обработки для одной заготовки Т01 = 2,6 мин.

Применение такого цикла позволило уменьшить основное время в 4,6 раз, а штучное — примерно в 2 раза, заменить два фрезерных станка одним шлифовальным, высвободить двух рабочих.

Таким образом, применение комбинированных циклов с использованием рациональных скоростей резания позволяет значительно увеличить производительность обработки, обеспечить заданные значения точности получаемых размеров и геометрической формы заготовок, качества шлифованных поверхностей с сохранением постоянных значений периода стойкости шлифовального круга, т. е. повысить эффективность операции плоского шлифования исследуемых сталей электрокорундовыми кругами.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >