Глава 4. Шлифовальные станки

Характерными признаками станков этой группы является режущий инструмент, в основе которого лежит абразивное или алмазное зерно. К таким инструментам относятся шлифовальные круги, абразивные ленты и абразивные зерна или порошки, связанные консистентной или жидкой средой, центробежными силами и др.

Основным назначением таких станков для абразивной обработки является окончательная и отделочная обработка разнообразных поверхностей, получаемых на предшествующих операциях точения, фрезерования и др., с целью получения высокой точности геометрических форм, размеров и малой шероховатости обрабатываемых поверхностей.

К шлифовальным относятся станки для обработки

• наружных поверхностей тел вращения: круглошлифовальные, бесцентрово-шлифовальные;

• внутренних поверхностей: внутришлифовальные;

• плоских поверхностей: плоскошлифовальные, торцешлифовальные, продольно-шлифовальные;

• фасонных поверхностей: профильно-шлифовальные, доводочные; заточные.

4.1. Станки для обработки наружных

поверхностей тел вращения

Наиболее многочисленную часть станков шлифовальной группы составляют круглошлифовальные станки, используемые при шлифовании наружных цилиндрических, конических и фасонных поверхностей. Рассмотрим основные способы наружного шлифования и необходимые для их осуществления движения (рис. 4.1). Основным способом наружного шлифования является шлифование деталей типа валов с продольной подачей (движение П₃, рис. 4.1, а). При шлифовании коротких деталей более производителен метод врезания, осуществляемый при непрерывной поперечной подаче. В этом случае для повышения чистоты обработки вводится дополнительное осциллирующее движение П₃ (рис. 4.1, б).

а б

Рис. 4.1. Схемы шлифования на круглошлифовальных станках: а – продольное шлифование; б – врезное шлифование (V_и – круговая подача изделия; S₁ – продольная подача; S₂ – поперечная подача; V_к – скорость вращения шлифовального круга)

Для увеличения технологических возможностей процесса круглого шлифования на базе рассмотренных схем в настоящее время разработан ряд прогрессивных методов шлифования (рис. 4.2).

а б в

Рис. 4.2. Прогрессивные схемы наружного круглого шлифования:

а – набором кругов; б – набором конических кругов; в – глубинное шлифование

Врезное шлифование набором шлифовальных кругов цилиндрических поверхностей разного диаметра при радиальной подаче или цилиндрической и торцовой поверхностей при косой подаче (рис. 4.2, а, б). Глубинное продольное шлифование, при котором шлифовальный круг устанавливают по отношению к обрабатываемой детали на съем большого припуска или на получение окончательного размера и ведут обработку за несколько или за один проход (рис. 4.2. в). В этом случае значения продольной и круговой подач принимаются существенно меньшими, чем при обычном продольном шлифовании.

Рис. 4.3. Структурная схема круглошлифовального станка

Анализ структурной схемы круглого шлифования (рис. 4.3.) показывает, что станок имеет кинематическую структуру Э33 с группами формообразования Ф_V (В₁); Ф_S1 (B₂); Ф_S2 (П₃). Такую же кинематическую группу имеет станок, работающий методом врезания.

Станок состоит из следующих основных узлов (рис. 4.4): станины 4, шлифовальной бабки 2, передней бабки 1, задней бабки 3 и стола 5.

Универсальные круглошлифовальные станки обеспечивают поворот рабочего стола на небольшой угол (до 6°), а также передней и шлифовальной бабок вокруг вертикальных осей, что позволяет вести обработку конусов. Кроме того, универсальные станки обычно снабжаются дополнительной бабкой для шлифования отверстий.

Основными размерными характеристиками станков являются наибольший диаметр устанавливаемой заготовки и ее длина. Технологические возможности круглошлифовального станка определяются высотой центров, максимальным диаметром шлифовального круга и длиной шлифования. В машиностроении применяются станки с высотой центров 100¼1600 мм, диаметром шлифовального круга 150¼12500 мм. Шлифовальные станки работают по полуавтоматическому и автоматическому циклу.

Рис. 4.4. Общий вид круглошлифовального станка

Кинематическая схема станка приведена на рис. 4.5.

Рассмотрим конструкцию шлифовальной бабки круглошлифовального станка 3М151 (рис. 4.6). Вращение шпинделю 14 круга 13 сообщается от электродвигателя через клиноременную передачу 5 на шкив 4. Шпиндель смонтирован в корпусе 1 на двух трехвкладышных гидродинамических подшипниках сколь­жения 2. В подшипники от насоса подается под давлением масло, образующее масляный клин между шейкой шпинделя 14 и вкладышем 3. В осевом направлении шпиндель устанавливается по бурту между сферическими кольцами 10 и 12, закрепленными в неподвижной обойме 11 с помощью гайки 9 и контргайки 8. Поперечное движение подачи шлифовальной бабки по направляющим качения 6 станины 7 осуществляется от механизма поперечных подач, установленного на станине.

Бесцентрово-шлифовальные станки являются основными станками для осуществления финишных процессов обработки деталей типа тел вращения в массовом и крупносерийном производствах, т.к. позволяют достичь высокую производительность и обеспечивают требуемое качество поверхности.

Рис. 4.5. Кинематическая схема круглошлифовального станка 3М151

Рис. 4.6. Шлифовальная бабка круглошлифовального станка 3М151

Это достигается благодаря повышенным режимам шлифования вследствие надежной опоры шлифуемой заготовки на нож и ведущий круг и сокращением времени на установку, выверку и снятие заготовок.

Различают станки для наружного и внутреннего бесцентрового шлифования деталей. Основным параметром бесцентрово-шли­фовальных станков является наибольший диаметр шлифуемой поверхности: 10, 20, 40, 80, 160, 320 мм. Наименьший диаметр заготовки в зависимости от способа шлифования составляет 0,2¼20 мм.

Существует два основных способа бесцентрового шлифования: на проход и врезное. При шлифовании на проход (рис. 4.7, а) заготовка размещается между ведущим 2 и шлифовальным 1 кругами и снизу поддерживается опорным ножом 4, прижимающим ее своим скосом к ведущему кругу, и получает вращательное движение со скоростью V_д от ведущего круга за счет сил трения. Шлифовальный круг 1 вращается со скоростью резания и обеспечивает снятие стружки. Ось ведущего круга может наклоняться на угол a, за счет чего появляется осевая составляющая силы трения, позволяющая получить продольную подачу S. При наклоне оси на угол a= 1,5¼6° заготовка получает быструю подачу S_пр, применяемую при черновом шлифовании. Для чистового шлифования угол наклона устанавливается в пределах 0,5¼1,5°.

Рис. 4.7. Схемы бесцентрового шлифования: а –на проход; б – врезное

Врезным шлифованием обрабатывают цилиндрические, конические и фасонные заготовки. Заготовку устанавливают так, чтобы обработка происходила по всей длине. Поэтому высота шлифовального круга больше, чем длина заготовки. Заготовка только вращается, а ведущий или шлифующий круги получают поперечную подачу в радиальном направлении. При шлифовании конических или фасонных поверхностей шлифовальному кругу или обоим кругам правкой придается соответствующая форма рабочей поверхности.

Бесцентрово-шлифовальный станок (рис. 4.8) состоит из бабок шлифовального 3 и ведущего 4 кругов, установленных соответственно на салазках 9 и 6, перемещающихся по станине 7. На каждой из бабок размещены приспособления для правки кругов 2 и 5 соответственно для шлифовального и ведущего кругов. На станине размещено устройство для подачи на врезание 8 шлифовальной бабки 3 и блок управления станком 1.

Рис. 4.8. Общий вид бесцентрово-шлифовального станка

Рассмотрим кинематическую схему бесцентрово-шлифо­вального станка мод. 3М184, который предназначен для шлифования гладких, ступенчатых, конических и фасонных поверхностей на проход и врезанием.

Главное движение – вращение шлифовального круга – осу­ществляется от электродвигателя М1 через клиноременную передачу. Быстрый подвод подачи «на врезание» и быстрый отвод бабки 15 с кругом 14 производится от гидроцилиндров 4, 8. При исходном положении шлифовальной бабки 15 поршень 3 находится в левом положении, а поршень 9 – вверху. При этом винт 7 удерживает гайку 17, расположенную внутри червячного колеса Z = 50, и шлифовальную бабку в левом (отведенном) положении. При поступлении масла в левую полость цилиндра 4 поршень 3 быстро подводит винт 7 гайки 17 и шлифовальную бабку 15 до упора ролика 2 в копир 6. Далее включается медленное перемещение поршня 9 и копира 6 вниз. После упора копира 6 в винт 1 включается обратный ход поршней 3, 9, при котором винт 7 отводит бабку 15 в исходное положение. Длина обратного хода винта 7 регулируется винтом 5.

Рис. 4.9. Кинематическая схема бесцентрово-шлифовального станка мод. 3М184

Ускоренное движение подачи шлифовального круга при наладке происходит от электродвигателя M5.

Ручная подача шлифовальной бабки на врезание осуществляется вращением маховичка 18 через червячную передачу на шариковую гайку 17 винта 7. Для периодического точного (толчкового) движения подачи (на 0,001 мм) предусмотрена рукоятка 19, которая приводит в действие собачку храпового колеса Z = 80 и поворачивает на вал и маховичок 18 поперечного движения подачи.

Установочное перемещение ведущей бабки осуществляется вручную маховиком 10. Правка шлифовального и ведущего кругов выполняется с помощью алмазных карандашей установ­ленных на каретках 11 и 16 от электродвигателей М3 и М4 с помощью ходовых винтов p = 2 мм.