Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Анализ проблемы повышения точности и производительности обработки на бесцентровых круглошлифовальных станках с ведущим кругом 11
1.1. Общие сведения 11
1.2 Специфика обеспечения точности и производительности бесцентровых круглошлифовальных станков 20
1.3. Тенденции технического развития бесцентровых круглошлифовальных станков 31
1.4. Обзор работ по исследованию бесцентровых круглошлифовальных станков и систем правки 60
1.5. Выводы главы 1. Основные цели и.задачи диссертационной работы 69
Глава 2. Влияние процесса правки на образование эффективного профиля широкого ведущего круга при обработке напроход 75
2.1. Постановка задачи 75
2.2. Методика расчета теоретически правильного профиля широкого ведущего круга при бесцентровом шлифовании напроход 77
2.3. Экспериментальная проверка методики расчета профиля широкого ведущего круга при бесцентровом шлифовании напроход 92
2.4. Формирование правкой реального профиля ведущего круга при бесцентровом шлифовании напроход 102
2.5. Расчетная оценка методики формирование правкой реального профиля ведущего круга при бесцентровом шлифовании 109
2.6. Выбор углов разворота широкого ведущего круга при бесцентровом шлифовании напроход широкими кругами 111
2.7. Расчетная проверка методики выбора углов разворота ведущего круга при бесцентровом шлифовании широкими кругами напроход 118
2.8. Предложения по созданию бесцентрового круглошл и фовального станка для обработки изделий напроход, реализующего образование правкой эффективного профиля ведущего круга 122
Глава 3. Влияние условий правки на устойчивость вращения заготовки и процесс формообразования в поперечном сечении детали при круглом бесцентровом шлифовании с ведущим кругом 127
3.1. Влияние режущей способности шлифовального круга на условия базирования при круглом бесцентровом шлифовании 127
3.2. Воздействие вынужденных колебаний, связанных с процессом правки при круглом бесцентровом шлифовании, на точность формы детали в поперечном сечении 138
Глава 4. Исследования конструктивных особенностей устройств правки абразивных кругов бесцентровых круглошлифовальных станков 177
4.1. Устройства правки ведущего и шлифовального кругов и их анализ 177
4.2. Расчет параметров наладки устройства правки ведущего круга с разворотом копирной линейки в вертикальной плоскости 192
4.3. Предложения по разработке способа и конструкции устройства правки единичным алмазом широкого ведущего круга бесцентрового кругло шлифовального станка для обработки изделий напроход 193
Глава 5. Экспериментальные исследование устройств правки абразивных кругов бесцентровых кругл ош лиф овальных станков 200
5.1. Исследование точности механизма подачи алмаза на круг 200
5.2. Исследования точности воспроизводства профиля копирной системы устройства правки 207
5.3. Исследование динамических воздействий в копирной системе устройства правки 216
5.4. Исследования статической жесткости устройств правки и ее влияние на качество правки и бесцентрового шлифования 224
5.5. Исследование равномерности продольных перемещений устройства в процессе правки 240
5.6. Исследование тепловых деформаций державки с алмазом в процессе правки широких абразивных кругов 245
Глава 6. Автоматизация цикла правки на бесцентровых круглошлифовальных станках 264
6.1. Методы комплексной автоматизации процесса правки абразивных кругов 264
6.2. Исследования систем автоматического подвода правящего инструмента к шлифовальному кругу для правки на станках с традиционной системой управления 284
6.3. Особенности построения элементов автоматического цикла правки на станках с ЧПУ 303
6.4. Исследование системы автоматического выхода на размер после правки на станках с традиционной системой управления 309
6.5. Автоматизация подачи команды на поворот алмазного инструмента по мере его износа 327
6.6. Совмещение процессов правки кругов и шлифования 329
6.7. Выводы главы 6
Глава 7. Тенденции дальнейшего развития и совершенствования бесцентровых круглошлифовальных станков с ведущим кругом в начале XXI века
7.1. Тенденции технического развития бесцентровых круглошлифовальных станков 343
7.2. Тенденции технического развития и совершенствования устройств правки бесцентровых круглошлифовальных станков 350
Общие выводы диссертационной работы 357
Литература
- Специфика обеспечения точности и производительности бесцентровых круглошлифовальных станков
- Экспериментальная проверка методики расчета профиля широкого ведущего круга при бесцентровом шлифовании напроход
- Воздействие вынужденных колебаний, связанных с процессом правки при круглом бесцентровом шлифовании, на точность формы детали в поперечном сечении
- Расчет параметров наладки устройства правки ведущего круга с разворотом копирной линейки в вертикальной плоскости
Введение к работе
Круглое бесцентровое шлифование с ведущим кругом является одним из прогрессивных технологических методов обработки деталей типа тел вращения. Возникнув в конце XIX века, этот способ обработки завоевал ещё в двадцатые годы прошлого века определенную популярность, благодаря развитию массового производства, в первую очередь, в автомобильной промышленности. Нет машиностроительного завода, где не нашли бы применения бесцентровые круглошлифовальные станки в ограниченном количестве, но особенно их много на предприятиях массового и крупносерийного производства. Эти станки являются основными на автоматических линиях на подшипниковых заводах, их широко применяют в автотракторной и металлургической промышленности. На станках такого типа производят как высокопроизводительное обдирочное шлифование, так и обработку изделий с высокой точностью и малой шероховатостью поверхности,
С использованием бесцентровых круглошлифовальных станков обрабатывают поверхности примерно 50 % подвижных деталей автомобильного двигателя, все основные детали подшипников качения. По данным фирмы Lidkoping (Швеция), если допустить отсутствие указанньтх станков при изготовлении автомобильного двигателя, то пришлось бы увеличить количество шлифовальных станков обычного типа по самым скромным подсчетам в 10 раз.
Диапазон типоразмеров изделий, обрабатываемых методом бесцентрового круглого шлифования, очень широк: от прутков и труб большой длины до иголок карданных подшипников и валов различной конфигурации. Производительность бесцентровых круглошлифовальных автоматов в несколько раз превышает производительность внутришлифовальных и центровых круглошлифовальных станков.
Статистика показывает, что на машиностроительных заводах один бесцентровый круглошлифовальный станок с ведущим кругом приходится на ] 70 металлорежущих станков всех типов.
Новым направлением применения бесцентрового шлифования является нанотехнология. В машиностроении растет потребность в сверхпрецизионных бесцентровых круглошлифовальных станках, предназначенных для изготовления особо точных подшипников и элементов средств оптоволоконной связи. Допускаемое отклонение от круглости таких деталей находится в пределах 10...35 нм..
Для выполнения подобных требований на бесцентровых круглошлифовальных станках реализуется дискретная подача, измеряемая нанометрами. Необходимы новые технические решения, обеспечивающие сверхжесткую беззазорную конструкцию механизмов подачи бесцентровых круглошлифовальных станков и требуемую точность системы позиционирования, например, применение линейных двигателей.
Существенным явилось внедрение в 80-90-е годы прошлого столетия систем числового программного управления бесцентровыми круглошлифовальными станками, которое с появлением многокоординатного ЧПУ типа CNC оказало существенное влияние как на процесс обработки, правки и наладки, так и на конструкции ряда узлов.
При внешней схожести станков этого типа изменены основные узлы, связанные с повышением скорости шлифования до 150 м/с. Создаются новые компоновки с кабинетной защитой, в станки встраиваются совершенные балансировочные устройства, изменяются конструкции шпиндельных узлов, в том числе автоматизируется смена кругов.
Новой проблемой, особенно для России, явилась модернизация бесцентровых круглошлифовальных станков. Парк станков России в основном составляют станки, имеющие 30-50-летний опыт эксплуатации.
Средств на покупку нового оборудования у предприятий не хватает, и поэтому они вынуждены ремонтировать и модернизировать старое оборудование.
За рубежом появились специализированные фирмы, которые проводят модернизацию традиционных бесцентровых кру глошлифовал ьных станков, в том числе устанавливая устройства правки с управлением от ЧПУ типа CNC по двум и трем координатам.
Материал, изложенный в диссертации, отражает передовой мировой опыт. Автор обладает информацией о бесцентровых кру глошлифовал ьных станках с ведущим кругом, показанных на международных станкостроительных выставках в Чикаго (2000 г.), Ганновере (2001 г.), Чикаго (2002 г.), Чикаго (2004 г.) и др.
Учитывая важность проблемы эффективного бесцентрового шлифования в мировой практике, компания Aschffenburger Maschinenfabrik Johann Modler GmbH в рамках спонсируемого Европейской комиссией проекта (Контракт № BRPR-CT98-0709) под названием «Бесцентровое шлифование с помощью суперабразивов - EGRIS», разработала новую концепцию технологии бесцентрового шлифования кругами из кубического кристаллического борнитрида*) (CBN) для скоростей резания до Vc = 200 м/сек.
В разработке проекта принимали участие такие компании, как St. Gobain, Marposs, TRW, Iveco, Torunsa, Fuchs Lubrificanti и Werkzeugmaschinenlabor RWTH-Aachen, WZL.
В опытном порядке уже используются шлифовальные круги с
супертвердым материалом зерна из CBN или алмаза при скорости резания до
150 м/сек. Разработка технологии высокоскоростного бесцентрового
шлифования позволяет ожидать значительного повышения
Аналогичен российскому КИБ (эльбору).
производительности по сравнению с традиционным бесцентровым шлифованием. Повышение стойкости инструмента за счет использования износоустойчивых шлифовальных кругов и обеспечение высокой стабильности процесса при неизменном уровне качества - вот ключевые преимущества новой технологии. Однако ее внедрение требует новых исследований.
В мировой станкостроительной промышленности прослеживается тенденция разработки пакета технологий для конечного пользователя. При разработке станка необходимо учитывать стратегию обработки по конкретным конструктивным элементам, провести расчеты процесса на основе принятой технологии, в том числе правки кругов, соответствующую концепцию применения СОТС, а также интеграцию с измерительными системами, работающими в оперативном режиме.
В результате проведенных исследований фирмой Modler создан станок [132], который работает со скоростью шлифования 150 м/сек и показал значительное сокращение времени обработки по сравнению с обработкой обычными кругами, а также уменьшения расхода СОТС.
Несмотря на важность информации о данном виде оборудования, последние 25 лет серьезные научные работы в РФ не выполнялись, монографические книги не выходили. Считалось, что кинематика и динамика процесса бесцентрового шлифования достаточно изучены, а фундаментальные исследования в указанной области не актуальны. Однако, в условиях эффективного высокоскоростного бесцентрового шлифования с ведущим кругом, внедрения ЧПУ, повышенных требований к качеству обработки необходимы новые исследования.
В начале XXI века парк круглых бесцентровых станков в промышленности России ограничен, соответственно ограничены исследования и опыт конструирования, наладки и эксплуатации.
Заложенные новые конструктивные и технологические решения обработки и правки кругов в связи с постоянным их совершенствованием недостаточно изучены. Поэтому тема диссертационной работы является актуальной для науки и практики машиностроения.
Основные положения диссертационной работы изложены соискателем в монографии Ашкиназий Я.М. Бесцентровые кругл ошлифовальные станки. Конструкции, обработка и правка. М.: Машиностроение, 2003.-352 с. [8].
Специфика обеспечения точности и производительности бесцентровых круглошлифовальных станков
.РЯчбенности і)беспечеиия_тдчіюсти_обраДотки Точностные свойства бесцентровых круглошлифовальных станков с ведущим кругом относятся к числу наиболее важных и определяющих показателей его качества. Описание точностных свойств основывается на понятии качества обработанных деталей, которое задается профилем -1 1 21"-Л состоящим из частичных индексов - характеристик отдельных параметров детали, требуемой номенклатуры и с определенными количественными мерами. Количественные меры индексов профиля задаются назначением профиля ограничений на составляющие индексы у] ввиде полей допусков а,=(±д,,±а2,...,±ал). Чем шире номенклатурасоставляющих индексов профиля, чем меньше поля допусков ±а{, темтруднее обеспечить частные требования, предъявляемые к детали, и ее суммарному качеству.
При бесцентровой обработке на вход технологической операции поступает заготовка с профилем качества Y , имеющая вероятностное распределение P(Y ), а на выходе образуется профиль качества деталей, принадлежащих некоторому вероятностному классу Р{У), возникающему под влиянием двух групп факторов:- технологических режимов обработки и правки и качества технологического оборудования, осуществляющего производственный процесс;- качества системы управления текущим ходом технологического процесса.
В процессе бесцентрового шлифования на систему шлифовальный круг - заготовка - ведущий круг действует ряд факторов: износ кругов, силовые и температурные деформации и др. Влияние этих факторов приводит к росту диаметра шлифуемой поверхности детали (рис. 1.2, а). Одним из типов автоматического управления процессом бесцентрового шлифования является поднастройка изменяющихся параметров .т,(ґ). Для чего каждый бесцентровый круглошлифовальный станок имеет систему управления: автоматическую или ручную.
Система управления предназначается для выработки потока управляющих воздействий на текущий ход процесса, которые должны компенсировать возникшие неполадки и уменьшить разброс составляющих индексов профиля качества деталей. Качество получаемой на данной технологической операции продукции будет тем выше, чем быстрее происходит обнаружение неполадок производственного процесса, чем быстрее и точнее осуществляется их компенсация, чем меньше требуется материальных затрат и меньшее количество ложных тревог дает система управления.
В большинстве случаев эта задача решается либо вмешательством наладчика, либо установкой на станке контрольно-измерительного прибора, который выдает при необходимости команду на подналадку (рис. 1.2, б).
Кроме рассмотренных факторов, определяющих нестабильность диаметрального размера и характерных для большинства технологических процессов, бесцентровое шлифование имеет ряд особенностей, вызывающих типовые дефекты обработки, связанные со спецификой процесса.
Особенности обеспечения точности обработки при бесцентровом круглом шлифовании связаны с базированием заготовки. Она вращается свободно без закрепления в специальном приспособлении с базированием на ведущем круге и опорном ноже. Образуются односторонние иеу держи ваго щие связи между обрабатываемой поверхностью заготовки и элементами её базирования во время обработки. В результате на обработанной детали образуются некруглость (профили трех-, четырех- и т.д. гранные) конус ообразность, овальность и др. Изделия, имеющие эти дефекты, не могут быть использованы в конструкциях машин.
Рассмотрим более подробно типичные дефекты, возникающие при бесцентровой круглошлифовальной обработке [8].
Погрешности поперечного сечения определяет некруглость, как наибольшее расстояние от точек реального профиля до прилегающей окружности. Элементарными видами некруглости являются овальность и огранность. Современные средства измерения, такие как кругломеры, позволяют определять и записывать некруглость с точностью до десятых долей микрометра, давая возможность проанализировать спектр некруглости, что очень важно для наладки бесцентровых станков.
Специфичен процесс образования овальности при обработке прутков и других деталей (при 11 d 5), причем на разных участках величина овальности различна. Причины, которые приводят к возникновению погрешности формы поперечного сечения типа овальности, определяют колебания свободной части прутка.
Пргтзеишости__гщодрдьной _ геометрии — это отклонение профиля продольного сечения цилиндрической поверхности - наибольшее расстояние от точек реального профиля до соответствующей стороны прилегающего профиля. Последний профиль образуется двумя параллельными прямыми, соприкасающимися с реальным профилем вне материала детали и расположенными по отношению к нему так, чтобы отклонение формы было наименьшим. Отклонение профиля продольного сечения характеризует совокупность всех отклонений формы в этом сечении. Элементарными видами отклонения профиля продольного сечения цилиндрической формы являются конусо-, бочко- и седлообразность. За их величину принимается разность между наибольшими и наименьшими диаметрами продольного сечения, т.е. удвоенная величина отклонения профиля продольного сечения.
Де1 екты_ брабрхШ1нш1_гюверхдости Для ряда деталей типа тел вращения финишной операцией является круглое бесцентровое шлифование, где параметр шероховатости обработанной поверхности Ra = 0,16 ... 0,04 мкм. При этом шлифованная поверхность не должна иметь рисок, царапин, следов дробления, ожогов..UlepoxQ.?TPlh: Основные дефекты поверхности возникают непосредственно после правки шлифовального круга. В этот момент на его
Экспериментальная проверка методики расчета профиля широкого ведущего круга при бесцентровом шлифовании напроход
Применим предлагаемую методику к численному расчету профиля ведущего круга для бесцентрового круглошлифовального станка мод. МЕ397 при различных диаметрах обрабатываемых деталей и различных вариантах углов установки. Бесцентровый круглошлифовальный станок мод, МЕ397 (изготовитель - Московский завод автоматических линий и специальных станков) имеет следующие параметры: диаметр ведущего круга - 400 мм, диаметр шлифовального круга - 600 мм, высота обоих кругов - 500 мм, диапазон для угла разворота ведущего круга в вертикальной плоскости -- Iе ,,, + 8, диапазон диаметров обрабатываемых деталей - 10 ... 200 мм.Рассмотрим в качестве первого примера случай обработки заготовки для детали с номинальным диаметром dd = 10 мм. Припуск на диаметр Ад = 2 мм при обдирочной обработке и Ad =0,1 мм - при чистовой.
Для назначения высоты h установки центра детали относительно линии центров кругов в литературе рекомендуют применяемые на практике различные формулы. Мы воспользуемся рекомендацией из работы [32], согласно которой величину h предлагается рассчитывать по формуле где ві - диаметр шлифовального круга, К - угол между линиями центров заготовок и кругов (рис. 2.5).
Рекомендованные значения для угла К в зависимости от видов обработки согласно указанной работе: К = 1 при обдирочной обработке, 3 ... 3,5 - при получистовой и.4,5 ... 5 - при чистовой. Приняв К = 1 для обдирочной и К = 5 для чистовой обработки, назначим согласно приведенной формулы соответственно А = 5 мм и h = 26 мм. Примем углы разворота X = 30 и у = 1 при обдирочной обработке и Х-\ и у = 4 - при чистовой. Для получения координат точек на теоретическом осевом профиле ведущего круга с точностью L мкм все промежуточные вычисления проводим с точностью на порядок выше, т.е. до 0,1 мкм. По формулам (2.17), (2.18), (2.20), (2.21), (2.22), (2.24) находим, /0=11мм, / = 205,4392 мм,г = 1Т5", т = 185,9904 мм, А2 =4479,0299 мм, А, = 4478,1772 мм в первом случае и d0 = 10,05 мм, / = 203,3697 мм, є = 47 22", m = 203,6130 мм, / =334,0982 мм, hy =333,2336 мм - во втором. Для получения, например, 11 точек на осевом профиле ведущего круга зададим с шагом 50 мм 11 последовательных значений координаты д =-250,-200,...,250 на осевом профиле столба заготовок (деталей). Подсчитаем по формуле (2.25) с учетом (2,23) соответствующие значения гх радиуса и по формуле (2,26) значение профильного угла (а]=906 53" при обдирочной и а,=90о0,21" причистовой) столба заготовок (деталей). Результаты расчета осевого профиля ведущего круга приведены в таблицах 2.1 и 2.2 (координаты точек и углы наклона касательной теоретического осевого профиля ведущего круга).
В третьем столбце рассмотренных таблиц вместо профильного угла аг выведен угол а2-90 наклона к оси х2 круга касательной к профилю в данной точке (рис. 2.2).В качестве второго примера рассмотрим черновое шлифование заготовок деталей диаметром 100 мм с припуском Ад = 0,5 мм (d0 = 100 мм,d0 = 100,25 мм). Принимаем высоту h установки центра детали относительно линии центров кругов равной 6 мм. Тогда по формуле (2.21) I — 250,0530 мм. Рассмотрим две различных комбинации углов установки: = 10 , у = 30 иI = 2, у = 5. В первом случае теоретические расчетные параметрыустановки имеют следующие значения: є = ЗГ37", т = 239,1191 мм,Л2 =7977,3091 мм, /г, = 7976,9716 мм; во втором - є = 523 03",т = 234,4792 мм, h2 =927,9642 мм, їц =923,8699 мм. Задавая, как и вышеII последовательных значений координаты х{ =-250,-200,...,250 с шагом50 мм, по формуле (2.25) с учетом (2.23) найдем соответствующие значения гх радиуса и по формуле (2.26) значение профильного угла а, = 900Г43" столба заготовок. Результаты расчета осевого профиля круга приведены в В качестве третьего примера рассмотрим черновое шлифование деталей с максимально допустимым диаметром 200 мм и припуском Ал =
Ведущий круг, соответствующий таблице 2.5, близок к цилиндрическому - его профиль практически прямолинеен с весьма малым наклоном к оси, в среднем составляющим 2 ; разность радиусов на торцах круга составляет около 0,3 мм. Тем не менее, как видно из таблицы, радиус и угол наклона касательной к оси возрастают в направлении от входного торца к выходному, т. е, профиль вогнутый; горло круга расположено до входа в зону обработки в отличие от профилей из остальных таблиц, для которых горло располагается также вне зоны обработки, но после выхода из нее.
Осевой профиль ведущего круга по табл. 2.6 изображен нарис. 2.6.Для сравнения предлагаемой методики расчета с методикой из работы [115] определим осевой профиль ведущего круга для рассматриваемого в [115] примера процесса чернового шлифования колец подшипников с выходным диаметром 135,2 мм на бесцентровом круглошлифовальном станке мод. 01С22, имеющем ведущий круг шириной 752 мм и диаметром 350 мм. Поступающие на шлифование заготовки имеют диаметр 135,7 мм, так что снимаемый при шлифовании припуск на диаметр равен 0,5 мм. Высота установки центра заготовки относительно линии центров шлифовального и ведущего кругов выбрана равной 14 мм.
Результаты расчетов пяти точек на осевом профиле ведущего круга, а также соответствующие значения скорости улх продольной подачи вдоль оси Х\ (при частоте вращения ведущего круга лв = 45 мин"1) для двух вариантов выбора установочных углов X = 10 , у = 30 и Х, = 2, у=5 приводятся в таблицах2.7 ... 2.10.
Воздействие вынужденных колебаний, связанных с процессом правки при круглом бесцентровом шлифовании, на точность формы детали в поперечном сечении
Условия правки при круглом бесцентровом шлифовании взначительной мере определяют наличие и уровень вынужденных колебаний,возникающих в процессе обработки.
Выбранные способы и режимы правки определяют степень воздействия на процесс формообразования детали таких источников вынужденных колебаний как дисбаланс и форма рабочих поверхностей кругов.
Уровень колебаний, связанных с дисбалансом круга, зависит от условий предварительной обточки до его установки на станок и от периодичности и режимов правки по мере износа круга, а частота колебаний соответствует частоте его вращения. Форма рабочей поверхности круга после правки зависит от свойств динамической системы станка, определяющих процесс правки. Основными источниками колебаний, вызывающими искажение рабочей поверхности круга при правке, являются собственные колебания устройства правки и шпиндельного узла, а также вынужденные колебания, связанные с дисбалансом их приводов.
При малых отклонениях динамическую систему бесцентрового круглошлифовального станка можно приближенно представить линейной и использовать это положение при рассмотрении ее состояния в результате периодических воздействий (при использовании принципа суперпозиции -независимый анализ этих воздействий).
Наличие вынужденных колебаний в рассматриваемой динамической системе связано с изменением условий съема металла в месте контакта заготовки со шлифовальным кругом, что вызывает образование «следа» на обработанной поверхности в виде гармоники, период которой пропорционален частоте этих колебаний:где К - номер гармоники, образованной на обработанной поверхности детали; СОв - частота вынужденных колебаний; 0)д- частота вращениязаготовки (детали).
Границы линейности динамической системы при рассмотрении воздействия на нее АГ-той гармоники, наложенной на обрабатываемую поверхность заготовки, зависит от конфигурации контактирующих поверхностей и их деформации. Если волна К-той гармоники соизмерима с линией контакта заготовки с базирующими элементами или шлифовальным кругом, то принцип суперпозиции нарушается из-за нелинейности системы. При рассмотрении процесса формообразования в поперечном сечении детали необходимо учитывать размер обрабатываемой поверхности. Для деталей средних размеров (диаметр 40 ... 80 мм) ограничимся рассмотрением процесса формообразования до 30-й гармоники.
При бесцентровом шлифовании деталей и максимальных размерах шлифовального и ведущего кругов, соответственно 500 мм и 350 мм, вынужденные колебания от дисбаланса шлифовального круга (от 25,4 Гц при vKp = 40 м/с и до 38 Гц при vKp, = 60 м/с) будут способствовать образованию «следа» на обработанной поверхности в виде низких гармоник от 5-й (при 25,4 Гц и vKp= 40 м/с) до 12-й (при 38 Гц при v . = 60 м/с).
Для образования на обрабатываемой поверхности детали более высоких гармоник рассматриваемого диапазона (от 12-Й до 30-й) «опасными» являются частоты 80 ... 200 Гц, вызванные искажением режущей поверхности круга.
Источником возникновения указанного диапазона частот являются изменения формы режущей поверхности круга из-за износа в период стойкости.
Количественные соотношения, характеризующие изменение заготовки по некруглости в виде К-тоя гармоники от оборота к обороту связанны с вынужденными колебаниями системы и в работе не рассматриваются, так как больший интерес представляет качественная оценка ее устойчивости относительно этой гармоники.
Деформац и я_ динамич е с кой. с истемы бес ц е нтрового. УГлР2ШЩфр_в_ал ьного .станка _в_ ст_атаческо_м_ состоянии _ ш-за_ .некруглости детали__в__в_иде__ гтр_й__г РДИкМ:__В процессе круглого бесцентрового шлифования обрабатываемая поверхность заготовки, имеющей некруглость в виде ЛГ-той гармоники, находясь в контакте с опорным ножом, ведущим и шлифовальным кругом, непрерывно совершает перемещения, изменяя глубину съема металла, что сопровождается изменением её формы в поперечном сечении. Кинематику этих перемещений определяют передаточные отношения.
Передаточное отношение показывает во сколько раз ось вращающейся заготовки в каком-либо направлении превосходит вызванное им перемещение в любом другом направлении.
Рассмотрим механизм перемещения заготовки в податливой призме (рис. 3.5). На рис. 3.5 показан вариант перемещения заготовки при изменении её радиуса в направлении шлифовального круга:- координаты по осям 01, 02 и 03 - направления связи поверхности заготовки соответственно с опорным ножом, ведущим и шлифовальным кругами;- Ль к2 и к$ - приведенные жесткости упругой системы соответственно в направлении связи заготовки с опорным ножом, ведущим и шлифовальным кругами, т.е. по осям 01,02 и 03; - д"зз = І - изменение радиуса детали по координате 03; Ум 7а и Ууі - деформация упругой системы соответственно по осям 01, 02 и ОЗ при изменении радиуса заготовки по координате ОЗ на величину д„= 1;- 00\ - изменение положения оси вращения заготовки в результатедеформации упругой системы при д33 = 1;- Vi; Щ - углы геометрической наладки бесцентровогокруглошлифовального станка.
Изменение положения оси вращения детали по координате 03 компенсируется за счет деформации по этой координате, а также за счет деформаций по двум другим координатам с учетом передаточных отношений.
Рассмотрим (рис. 3.6) кинематику перемещений оси вращения детали при единичном изменении её радиуса в месте контакта со шлифовальным кругом, считая, что упругая система предварительно сдеформирована, т.е. при перемещении заготовки связи с базирующими элементами и шлифовальным кругом не нарушаются. На рис. 3.6 обозначены: дЭ} = I единичное изменение радиуса заготовки по координате 03, например,
Расчет параметров наладки устройства правки ведущего круга с разворотом копирной линейки в вертикальной плоскости
Рассмотрим методику расчета параметров наладки устройства правки ведущего кругах разворотом копирной линейки в вертикальной плоскости; расчетные параметры a, fi и Ла необходимо обеспечить на заключительном этапе правки. Алгоритм расчета параметров наладки следующий:1. По размерам Dn и ЯЕ ведущего круга, параметрам dd и Ад детали, атакже заданным значениям /г, у и 1 находим три точки соответственно с координатами (jC], г{), (х2, г2) и . (х3, /"3) на теоретическом осевом профиле ведущего круга [24].2. Вычисляем вспомогательные параметры Ь, к, затем параметр а [13]:193 Отрицательное значение Нл в примере № 5 означает, что алмаз необходимо установить ниже оси ведущего круга; при этом горло гиперболоида будет расположено до входа в зону обработки. Если конструкция устройства правки не позволяет это сделать, то необходимо установить алмаз выше оси ведущего круга на ту же величину и поменять направление наклона траектории алмаза на противоположное, т.е. в отличие от остальных примеров развернуть траекторию на угол р в сторону входа в зону обработки.
Проведенные теоретические исследования функционирования и конструктивных решений устройства правки ведущего круга бесцентровых круглошлифовальных станков для обработки изделий напроход позволили разработать принципиально новые способы правки [75] и конструкцию устройства [77], на что получены авторские права.
Способ правки единичным алмазом / (рис. 4.4) широкого ведущего круга 2 бесцентрового кругло шлифовал ьного станка для обработки изделий напроход осуществляют следующим образом. Обеспечивается продольное перемещение инструмента 4 правки вдоль рабочей поверхности круга посредством механизма J, который устанавливают с возможностью обеспечения направления (вдоль линии б, рис. 4.5) перемещения под углом а к оси 7 вращения ведущего круга в плоскости касательной к рабочей поверхности круга и проходящей через точку контакта вершины инструмента 4 правки с этой поверхностью. Обеспечивают поперечную (на круг 2) подачу инструмента правки посредством двухступенчатого механизма с автономными устройствами 8 и 9, а также согласование величины поперечного перемещения одного из устройств S с величиной продольного перемещения. Согласование величин поперечного перемещения устройства механизма поперечной подачи с продольным перемещением осуществляется за счет связи привода механизма 3 с автономным приводом 10. Управление подачей осуществляется системой ЧПУ 12 с таким программным обеспечением, алгоритм реализации которого предусматривает автоматизацию процесса изменения величин поперечной подачи и продольного перемещения в заданном соотношении в зависимости от диаметра обрабатываемых изделий и угла а между осью вращения ведущего круга и направлением продольного перемещения инструмента правки, обеспечивающим оптимизацию зоны контакта (и, соответственно, коэффициента сцепления) вдоль линии касания ведущего круга с обрабатываемыми изделиями. При этом активацию программного обеспечения системы ЧПУ осуществляют в момент контакта вершины инструмента правки (т.е. алмаза) с ведущим кругом в зоне его торца, что фиксируется по усилию на инструмент, по искре, по изменению тока или любым другим методом.
Устройство правки может содержать ультразвуковой преобразователь и волновод ультразвуковых колебаний (на чертежах условно не показаны) с целью получения сведений о глубине съема абразива при правке. В этом случае правящий инструмент установлен в контакте с волноводом, а вершина алмаза расположена на продольной оси волновода. При необходимости может содержать средство сообщения правящему инструменту изменяющихся по частоте и амплитуде колебаний в направлении рабочей поверхности круга.
Устройство правки работает следующим образом.Правящий инструмент посредством механизма продольного перемещения подводится в зону одного из торцов ведущего круга. Далее, посредством привода // устройства 9 механизма поперечной подачи осуществляется (вручную или автоматически) подача правящего инструмента 4 на круг до обеспечения контакта вершины алмаза с поверхностью ведущего круга. В этот момент автоматически активизируется программное обеспечение системы ЧПУ и начинается в автоматическом режиме непосредственно процесс правки. По заданной программе осуществляется перемещение инструмента правки в плоскости XY вдоль линии 6 (рис. 4.5) в заданном соотношении величин перемещения вдоль указанных осей X и Y с образованием на формируемом профиле ведущего круга стрелы прогиба Д необходимой величины, обеспечивающей при последующем шлифовании изделий оптимальное распределение величин коэффициента сцепления ведущего круга со столбом изделий вдоль линии их контакта.
В процессе правки широкого ведущего круга съем абразива по его ширине не остается постоянным. Поэтому различные участки круга из-за отсутствия постоянного контакта со столбом заготовок по ширине круга неодинаково изнашиваются. На устройство правки устанавливают контрольно-измерительный датчик ультразвуковых колебаний, выходные параметры которого изменяются при изменении толщины слоя абразива, снимаемого алмазом. Выходная информация от упомянутого датчика поступает в блок управления системой ЧПУ станка, коррелируя (с учетом поступившей информации) по заданной программе величину скорости перемещения механизмов продольной и/или поперечной подачи инструмента в устройстве правки.
Повышения производительности процесса шлифования изделий и качества обработки обеспечивается за счет правки посредством сообщения (в процессе правки) правящему инструменту ультразвуковых колебаний в направлении рабочей поверхности круга. Для этого на устройстве правки располагают ультразвуковой преобразователь и волновод ультразвуковых колебаний, контактирующий с инструментом правки.
