Обработка заготовок на шлифовальных станках

Введение

Повышение требований к точности размеров, формы и расположения поверхностей, качеству поверхностных слоев рабочих элементов деталей машин, к надежности и долговечности работы машин и механизмов, вызвало значительное расширение области применения абразивной обработки. Наиболее распространенным видом абразивной обработки является шлифование, при котором главное движение резания совершает инструмент и оно бывает только вращательным.Шлифование в основном применяют для получения высокой точности размеров (9...5 квалитетов) и малой шероховатости (Ra = 1,6...0,1 мкм). Кроме того, шлифование используют для снятия большого припуска (до 5 мм) с поверхностей заготовок из труднообрабатываемых материалов, а также разрезания заготовок. Шлифованием обрабатывают практически любые формы поверхностей наружного и внутреннего расположения (цилиндрические, конические, фасонные, плоские и др.).В шлифовальной обработке абразивный инструмент оказывает большое влияние на качество обработки и производительность процесса. Шлифовальные станки современных моделей обеспечивают изготовление деталей с малыми отклонениями формы, размеров, малым параметром шероховатости поверхности и высокой производительностью. Цель настоящей работы: Изучить устройство и назначение шлифовальных станков, абразивный инструмент, применяемые при шлифовании заготовок, ознакомиться с основными схемами шлифования, особенностями обработки и способами закрепления заготовок на различных шлифовальных станках. 1. Основное понятие об обработке на шлифовальных станкахОбработка на металлорежущих станках осуществляется перемещением режущего инструмента относительно обрабатываемой поверхности заготовки. Основные виды шлифования и движения шлифовального станка при обработке заготовок представлены на рисунке 1. Главное движение (движение резания — ГД). Скоростью резания называется путь режущей кромки относительно обрабатываемой поверхности в единицу времени. В шлифовальных станках главное движение осуществляется вращением круга и характеризуется его окружной скоростью. Движение подач, при котором инструмент врезается в новые участки обрабатываемой поверхности заготовки. В круглошлифовальных станках движение подачи является сложным и слагается из вращательного движения детали (круговой подачи — КП), продольного перемещения детали или круга (продольной подачи — ПП) подачи на глубину —ПГ.Скорости подач определяются режущей способностью абразивного инструмента, требованиями к точности и шероховатости обработанной поверхности заготовки. Помимо этого, в станках осуществляются и другие движения, связанные с закреплением заготовки, подачей ее в зону резания перемещением круга в исходное и рабочее положение. 2. Абразивные инструменты для шлифования заготовокОбработку поверхностей заготовок при шлифовании производят инструментом, изготовленным из абразивного материала.Абразивные инструменты различают по геометрической форме и размерам, роду и сорту абразивного материала, зернистости или размерам абразивных зерен, связке или виду связующего вещества, твердости, структуре или строению круга.К абразивным инструментам относятся шлифовальные круги, сегменты и бруски. Наибольшее разнообразие по конфигурации имеют абразивные материалы, выполненные в форме кругов. На рисунке 2 представлены шлифовальные инструменты различной формы и конфигурации. Рисунок 2. Шлифовальный инструментЗерна абразивных инструментов представляют собой искусственные или природные материалы и кристаллы. Абразивные материалы отличаются высокой твердостью, которая определяется по минералогической шкале. Зерна абразивов разделяют по крупности на группы и номера. Основная характеристика номера зернистости – количество и крупность его основной фракции. Вещество или совокупность веществ, применяемых для закрепления зерен шлифовального материала и наполнителя в абразивном инструменте, называют связкой. Наполнитель в связке предназначен для придания инструменту необходимых физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств.При изготовлении инструмента зерна скрепляют друг с другом с помощью цементирующего вещества – связки. Наиболее широко применяют инструменты, изготовленные на керамической, бакелитовой или вулканитовой связке.Керамическую связку приготовляют из глины, полевого шпата, кварца и других веществ путем их тонкого измельчения и смешения в определенных пропорциях. Бакелитовая связка состоит в основном из искусственной смолы – бакелита. Вулканитовая связка представляет собой искусственный каучук, подвергнутый вулканизации для превращения его в прочный, твердый эбонит. Под твердостью абразивного инструмента понимается способность связки сопротивляться вырыванию абразивных зерен с рабочей поверхности инструмента под действием внешних сил.Для шлифования заготовок из твердых сплавов и высокотвердых материалов успешно применяют алмазные круги. Алмазный круг состоит из корпуса и алмазоносного слоя. Корпус изготовляют из алюминия, пластмасс или стали. Толщина алмазоносного слоя у большинства кругов составляет 1,5…3 мм. Чаще всего для изготовления таких инструментов используют синтетические алмазы. Удельный вес их применения превышает 80%. Созданы новые материалы, которые практически не требуют правки и сохраняют свои свойства при нагреве до 1200 °C.На шлифовальные круги наносят обозначения, называемые маркировкой. Маркировка необходима для правильного выбора инструмента при проведении конкретной работы. Условные обозначения располагают в определенной последовательности: абразивный материал и его марка, номер зернистости, вид связки.Области применения связок абразивных инструментов, твердость абразивного инструмента, рекомендации по выбору номера структуры абразивного инструмента приведены в справочной литературе.3. Обработка заготовок на шлифовальных станках 3.1 Основные типы станков для шлифования заготовокВ условиях единичного и серийного производства широко используются универсальные круглошлифовальные, плоскошлифовальные и бесцентрово-шлифовальные станки, представлены на рисунке 3. а                                б в      г дРисунок 3. Схемы станков шлифовальной группы: а – круглошлифовальный; б – бесцентрово-шлифовальный; в – плоскошлифовальный; 1 – стол; 2 – верхняя, поворотная часть стола; 3 – коробка скоростей; 4 – передняя бабка; 5 – абразивный круг; 6 – шлифовальная бабка; 7 – задняя бабка; 8 – станина; 9 – гидроцилиндр; 10, 16 – поворотные суппорты; 11 – шток; 12, 14 – механизмы правки; 13 – ведущий круг; 15 – бабка ведущего круга; 17 – задняя бабка (колонна); 18 – стол ведущего круга; 19 – нож; 20 – магнитная плита; г – универсальный круглошлифовальный станок Paragon серии GU с ручным управлением; д – продольно-шлифовальный станок 3Б722Круглошлифовальный станок представлен на рис. 3, а. На верхних направляющих станины 8 установлен стол 1. На верхней, поворотной, части 2 стола размещен поворотный суппорт 10 с передней 4, задней 17 бабками и коробкой скоростей 3. На задней части станины расположена шлифовальная бабка 6 с шлифовальным кругом 5. Стол станка перемещается в продольном направлении штоком 11 гидроцилиндра 9 (рис. 3). При шлифовании длинных конических поверхностей заготовка устанавливается в центрах передней и задней бабок. Верхняя часть стола поворачивается на половину угла при вершине конуса заготовки. При шлифовании коротких конусных поверхностей заготовку зажимают в патроне передней бабки, которую поворачивают на требуемый угол с помощью поворотного суппорта.Внутришлифовальный станок имеет аналогичную компоновку, однако у него нет задней бабки, а шлифовальная бабка выполнена консольной. Так как круги для внутришлифовальных работ имеют малый диаметр, механизм главного движения должен обеспечить высокие обороты шлифовального круга (до 10 000 об/мин). Производительность внутришлифовальных станков невысока, так как консольное расположение шлифовальной бабки и консольное закрепление шлифовального круга не обеспечивают необходимой жесткости системы СПИД, кроме того, требуется частая правка круга.Бесцентрово-шлифовальный станок показан на рис. 3, б. На станине 8 размещена шлифовальная бабка 6 с абразивным кругом 5. На верхних направляющих станины установлен стол 1 и вертикальная колонна 17 с поворотным суппортом 16 и бабкой 15 ведущего круга 13. Каждый из кругов периодически правят с помощью механизмов для правки 12 и 14. Заготовку устанавливают на нож 19 между шлифовальным и ведущим кругами, которые выбираются таким образом, чтобы трение между заготовкой ведущим кругом было больше трения между заготовкой и шлифовальным кругом. Если необходимо продольное перемещение заготовки, ведущий круг поворачивают на угол 1–7° относительно оси заготовки. Появляется осевая составляющая силы трения, которая придает заготовке осевое движение подачи, и гладкие цилиндрические заготовки (цилиндры, кольца) можно подавать непрерывно, что резко повышает производительность обработки.Плоскошлифовальный станок показан на рис. 3, в. На поперечных направляющих станины 8 установлена вертикальная колонна 17, по вертикальным направляющим которой перемещается шлифовальная бабка 6 с абразивным кругом 5.Круг частично закрыт защитным кожухом. По горизонтальным направляющим станины перемещается стол 1. Продольные движения стола осуществляются штоком 11 гидроцилиндра 9. В направляющих стола могут устанавливаться заготовка, машинные тиски, синусные тиски или стол, магнитная плита (стол) 20. На магнитной плите могут размещаться заготовка, синусные тиски или стол. Для всех шлифовальных станков главное движение резания обеспечивается вращением шлифовального круга со скоростью V. Повышение скорости главного движения резания способствует уменьшению шероховатости поверхности и повышению стойкости шлифовального круга.3.2 Обработка заготовок на кругло-шлифовальных станкахКруглое шлифование цилиндрических поверхностей может быть выполнено по одной из четырех схем, представленных на рисунке 4. При шлифовании с продольной подачей (рис. 4, а) заготовка вращается равномерно (Sкр) и совершает возвратно-поступательные движения (Sпр). В конце каждого хода заготовки шлифовальный круг автоматически перемещается на Sп и при следующем ходе срезается новый слой металла определенной глубины, пока не будет достигнут необходимый размер детали. Скорость Vk  вращательного движения круга обеспечивает скорость резания. Рисунок 4. Схемы обработки заготовок на круглошлифовальных станкахПроизводительный способ обработки — врезное шлифование (рис. 4, б) применяют при обработке жестких заготовок в тех случаях, когда ширина шлифуемого участка может быть перекрыта шириной шлифовального круга. Круг перемещается с постоянной подачей Sп (м/об. заг) до достижения необходимого размера детали. Этот же метод используют при шлифовании фасонных поверхностей и кольцевых канавок. Шлифовальный круг заправляют в соответствии с формой поверхности или канавки.Глубинным шлифованием (рис. 4, в) за один проход снимают слой материала на всю необходимую глубину. На шлифовальном круге формируют конический участок длиной 8 - 12 мм. В ходе шлифования конический участок удаляет основную часть срезаемого слоя, а цилиндрический участок зачищает обработанную поверхность. Поперечная подача отсутствует.Шлифование уступами (рис. 4, г) — это сочетание методов, представленных на рис. 4, а, б. Процесс шлифования состоит из двух этапов. На первом этапе шлифуют врезанием с подачей Sп, передвигая периодически стол на 0,8 - 0,9 ширины круга (показано штриховой линией). На втором этапе делают несколько ходов с продольной подачей Sпр для зачистки поверхности при выключенной подаче Sп.Во многих случаях на деталях необходимо обеспечить правильное взаимное расположение цилиндрических и плоских (торцовых) поверхностей. Для выполнения этого условия шлифовальный круг заправляют по схеме на рис. 4, д и поворачивают на определенный угол. Шлифуют коническими участками круга. Цилиндрическую поверхность шлифуют с периодической подачей Sп на глубину резания. Обработка торцовой поверхности детали заканчивается чаще всего с подачей вручную при плавном подводе заготовки к кругу,Наружные конические поверхности шлифуют по двум основным схемам. При обработке заготовок на центрах (рис. 5, а) верхнюю часть стола поворачивают вместе с центрами на угол α так, что положение образующей конической поверхности совпадает с направлением продольной подачи Sпр. Далее шлифуют по аналогии с обработкой цилиндрических поверхностей. При консольном закреплении заготовок (рис. 5, б) на угол α (половина угла конуса) поворачивается передняя бабка.Рисунок 5. Схемы шлифования конических поверхностей3.3 Обработка заготовок на внутришлифовальных станкахВнутреннее шлифование применяют для получения высокой точности отверстий на заготовках, как правило, прошедших термическую обработку, схема обработки представлена на рисунке 6. Возможно шлифование сквозных, несквозных (глухих), конических и фасонных отверстий. Кругу сообщают высокую частоту вращения: она тем выше, чем меньше диаметр круга. На рис. 6, а приведена схема шлифования с закреплением заготовки в кулачковом патроне. На внутришлифовальных станках также обрабатывают и внутренние торцовые поверхности. Внутренние фасонные поверхности шлифуют специально заправленным кругом методом врезания.Рис. 6. Схемы обработки на внутришлифовальных станкахВнутренние конические поверхности шлифуют с поворотом передней бабки так, чтобы образующая конуса расположилась вдоль направления продольной подачи. Заготовки больших размеров и массы шлифовать описанными выше методами нерационально. В этих случаях применяют планетарное шлифование (рис. 6, б). Заготовку закрепляют на столе станка неподвижно. Шлифовальный круг вращается вокруг своей оси, а также вокруг оси отверстия Sпл, что аналогично круговой подаче (положение круга, совершившего в планетарном движении пол-оборота, показано штриховой линией). Планетарным шлифованием можно обрабатывать внутренние фасонные и торцовые поверхности.3.4 Обработка заготовок на плоскошлифовальных станкахНа практике наиболее распространены четыре схемы плоского шлифования, представленные на рисунке 7. Шлифуют периферией и торцовой поверхностью круга. Заготовки 2 закрепляют на прямоугольных или круглых столах 1 с помощью магнитных плит, а также в зажимных приспособлениях. Заготовки размещают на столах, затем включают ток и они притягиваются к магнитной плите. Прямоугольные столы совершают возвратно-поступательные движения, обеспечивая продольную подачу. Подача на глубину резания дается в крайних положениях столов. Поперечная подача необходима в тех случаях, когда ширина круга меньше ширины заготовки (рис. 7, а).Рисунок 7. Схема обработки заготовок на плоскошлифовальных станкахКруглые столы (рис. 7, в) совершают вращательные движения, обеспечивая круговую подачу. Остальные движения совершаются по аналогии с движениями при шлифовании на прямоугольных столах. Более производительно шлифование торцом круга, так как одновременно в работе участвует большое число абразивных зерен (рис. 7, б, г). Но шлифование периферией круга с использованием прямоугольных столов позволяет выполнить большее число разнообразных видов работ. Способом шлифования периферией круга обрабатывают, например, дно паза, производят профильное шлифование, предварительно заправив по соответствующей форме шлифовальный круг, и выполняют другие работы.3.5  Обработка заготовок на бесцентрово-шлифовальных станкахПри обработке заготовку не закрепляют. Для шлифования заготовок типа валов не требуется центровых отверстий. При шлифовании по схеме, показанной на рис. 8, а, заготовку 2 устанавливают на нож 3 между рабочим кругом 4 и ведущим 1, которые вращаются в одном направлении, но с разными скоростями. Перед шлифованием ведущий круг устанавливают наклонно под углом 1÷70 к оси вращения заготовки. При этом происходит движение продольной подачи, заготовка перемещается по ножу вдоль оси и может быть отшлифована по всей длине. Чем больше угол, тем больше подача. После окончательного шлифования первой заготовки могут быть положены на нож для шлифования поочередно все оставшиеся заготовки. На рисунке 8 представлена схема бесцентрового шлифования заготовки.Рисунок 8. Схема обработки заготовок на бесцентрово-шлифовальных станках  Если шлифуют заготовки с уступами (рис.8, б), то бабку ведущего круга не поворачивают; она перемещается по направляющим станины с движением подачи до определенного положения (упора). При этом используют метод врезания. Перед шлифованием ведущий круг отводят в сторону, заготовку кладут на нож и затем поджимают ее ведущим кругом. Обработку проводят с поперечным движением подачи до тех пор, пока не будет получен необходимый размер детали.
Заключение
В рамках выполненной работы изучено устройство и назначение шлифовальных станков, применяемый абразивный инструмент, особенности обработки и крепления заготовок на шлифовальных станках различных типов. При раскрытии данного вопроса были детально изучены необходимые теоретические основы и положения, которые позволили сделать определённые выводы:1. Шлифование является одним из производительных методов обработки разнообразных поверхностей заготовок, особенно тел вращения, резьбовых, шлицевых, зубчатых и др. В шлифовальной обработке абразивный инструмент оказывает большое влияние на качество обработки и производительность процесса.2.Металлорежущие станки, предназначенные для обработки заготовок абразивными инструментами, составляют группу - шлифовальные станки. Шлифовальные станки современных моделей обеспечивают изготовление деталей с малыми отклонениями формы, размеров, малым параметром шероховатости поверхности и высокой производительностью различными способами. 3. В машиностроении наиболее часто применяют следующие виды шлифования заготовок: круглое наружное, круглое внутреннее и плоское. В зависимости от вида шлифования применяются различные схемы шлифования и крепления заготовок с использованием металлорежущего оборудования.

Список используемой литературы
1. Багдасарова Т.А. Основы резания металлов - М.: Издательский центр « Академия», 2012. – 80с. 2. Дальский А.М. Технология машиностроения: В 2 т. Т. 1. Основы технологии машиностроения: Учебник для вузов / В.М. Бурцев, А.С. Васильев, А.М. Дальский и др.; Под ред. А.М. Дальского. — 2-е изд., стереотип. — М.: Изд- во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. — 564 с.3. Ансеров Ю.М. Машины и оборудование машиностроительных предприятий. / по ред. Ю.М. Ансерова, В.А. Салтыкова, В.Г. Семина - Ленинград: 1998. - 365 с.4.Черпаков Б.И. Технологическое оборудование машиностроительного производства : учебник для студ. учреждений сред.проф. Образования / Б.И.Черпаков, Л. И. Вереина. – 3-е изд., испр. - М. : Издательский центр «Академия», 2010-325с.5. Маталин А.А. Технология машиностроения: учебник для машиностроительных вузов по специальности «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты».- Л.: «Машиностроение».,1985.- 496с.6. Лоскутов В.В. Шлифовальные станки:  2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1988 г. - 176 с.7. Якимов А.В. Управление процессом шлифования / [А.В. Якимов, д. т. н., кандидаты техн. наук А.Н. Паршаков, В.И. Свирщев, В.П. Ларшин]. Киев : Техника, 1983. - 183 с.