§ 4.10. Шлифовальные и доводочные станки

Шлифовально-доводочная группа охватывает станки, работающие абразивными инструментами — шлифовальными кругами, сегментами, брусками, шкуркой, порошками и пастами.

Шлифовальные станки предназначены, главным образом, для выполнения чистовых и отделочных (тонкое шлифование) операций. На шлифование заготовки обычно подают после предварительной черновой и получистовой обработки и термических операций. Шлифование применяют также для предварительной (обдирочной) обработки и зачистки заготовок, резки, заточка режущего инструмента и т. д. В качестве режущего инструмента при шлифовании применяют абразивные круги различной формы. Для шлифования заготовок со сложными профилями (например, турбинных лопаток), снятия заусенцев и других работ используют бесконечную ленту с нанесенным на нее слоем абразивного порошка, которую при обработке прижимают в нужном месте заготовки.

По видам обработки шлифовальные станки делят на станки общего назначения (круглошлифовальные, внутришлифовальные, бесцентровошлифовальные, плоскошлифовальные) и специализированные (обдирочно-шлифовальные, шлицешлифовальные, профилешлифовальные, для доводки центровых отверстий и т. д.);к ним относятся также различные заточные стайки.

На рис. 4.46 приведены схемы шлифования на станках общего назначения: круглошлифовальном (а), внутришлифовальном (Б), бесцентрово-шлифовальном (В) и плоскошлифовальном (г). При любом виде шлифования главным движением является вращение шлифовального круга, определяющее скорость резания V, которая при шлифовании, в отличие от других способов обработки резанием, измеряется не в метрах в минуту, а в метрах в секунду и достигает 30—45 м/с. Движение подачи зависит от способа шлифования и формы шлифуемой поверхности,

Особое место в группе станков для абразивной обработки занимают доводочные станки, предназначенные для выполнения отделочных операций, при которых достигается наивысшая точность и, главное, минимальная шероховатость поверхности. Обработка на этих станках осуществляется либо с помощью мелкозернистых абразивных брусков (хонингование, суперфиниш), либо с помощью свободного абразива — порошка в жидкой среде или пасты (полирование, притирка).

К конструкции шлифовальных и доводочных станков предъявляют повышенные требования в отношении жесткости, виброустойчивости, износостойкости и температурных деформаций.

Рис, 4.46. Схемы шлифования

Станки шлифовально-доводочной группы применяют при любых масштабах производства (в условиях крупносерийного и массового производстве предпочтение отдают специализированному оборудованию).

Кругло–шлифовальные станки. На кругло–шлифовальных ставках обрабатывают наружные цилиндрические, конические, торцовые и фасонные поверхности. Шлифование осуществляется с продольной, поперечной, а иногда и наклонной (на торцекругло-шлифовальных станках) подачей периферией, торцом или фасонной поверхностью круга.

Н аружное круглое шлифование с продольной подачей (рис. 4.46, а) осуществляют при вращении в одну сторону шлифовального круга Dr_кр и обрабатываемой детали Dr_д (круговая подача). Кроме того, деталь совершает возвратно-поступательное движение продольной подачи DS_прод, а шлифовальный круг в конце каждого одинарного или двойного хода получает периодическое перемещение поперечной подачи DS_пoп на глубину резания t. По другой схеме обрабатывают относительно длинные детали. При глубинном круглом шлифовании жестких валов (рис. 4.46, б) круг устанавливают на глубину припуска t и ведут обработку односторонней продольной подачей Sпрод; поперечная подача здесь отсутствует. Врезное шлифование (рис. 4.46, в) с непрерывной поперечной подачей круга при отсутствии продольной подачи применяют в тех случаях, когда длина обрабатываемой поверхности меньше ширины круга, а также при шлифовании поверхностей профильным кругом.

Рис. 4.47. Круглошлифовальный станок

На рис. 4.47 показан круглошлифовальный станок. Обрабатываемая деталь устанавливается в центрах передней 3 и задней 5 бабок, расположенных на столе станка. Привод передней бабки сообщает детали вращательное движение круговой подачи со скоростью 20—30 м/мин. Стол получает возвратно-поступательное движение продольной подачи по направляющим 2 с помощью штока гидропривода, расположенного внутри станины. Скорость движения стола регулируется поворотом рукояток 1 дросселя, а реверсирование стола — переставными упорами 9. Стол станка состоит из верхней 7 и нижней 8 плит. Верхнюю плиту можно поворачивать вокруг вертикальной оси относительно нижней на угол до 6—8°, что позволяет шлифовать конические поверхности с малым углом при вершине. Шлифовальный круг 4 получает вращение от отдельного электродвигателя, установленного в шлифовальной бабке 6. Она может перемещаться в поперечном направлении, сообщая кругу поперечную подачу.

Круглошлифовальные станки делятся на простые и универсальные. На универсальных станках кроме верхней плиты стола можно также поворачивать шлифовальную бабку, что дает возможность шлифовать конусы с большим углом при вершине.

Для круглошлифовальных станков общего назначения наибольший диаметр устанавливаемой заготовки 100—160 мм, а наибольшая длина 150—1250 мм.

Рис. 4.48. Внутришлифовальный станок

Внутри шлифовальные станки. Внутришлифовальные станки применяют для обработки цилиндрических, конических и фасонных отверстий и торцов. Их делят на патронные и планетарные. Первые наиболее распространены и применяются для шлифования отверстий в деталях средних и малых размеров, вторые — для шлифования отверстий в крупных деталях.

Движения в станках патронного внутреннего шлифования аналогичны движениям при наружном круглом шлифовании, как продольном (см. рис. 4.46, г), так и врезном (см. рис. 4.46, д).

Патронный внутришлифовальный станок показан на рис. 4.48. Все узлы станка несет станина 8 с двумя взаимно-перпендикулярными направляющими для ручного установочного поперечного перемещения шпиндельной бабки 3 и продольного возвратно-поступательного движения шлифовальной бабки 6. Обрабатываемая деталь 1 устанавливается в патроне на шпинделе шпиндельной бабки и вращается со скоростью круговой подачи. Ось шпинделя вместе с бабкой может поворачиваться в горизонтальной плоскости на угол до 45°, что позволяет шлифовать внутренние конусы. При работе деталь 1 закрывается щитком 2.

Плоскошлифовальные станки. Плоскошлифовальные станки предназначены для обработки плоских поверхностей. Различают станки с горизонтальным шпинделем, работающие периферией круга (см. рис. 4.46, и), и станки с вертикальным шпинделем, работающие торцом круга (см. рис. 4.46, к). Во втором случае площадь контакта между шлифовальным кругом и обрабатываемой деталью намного больше, поэтому больше и число одновременно работающих абразивных зерен, больше съем обрабатываемого материала и в то же время больше суммарная сила резания, а следовательно, и деформация технологической системы СОЗ. В результате станки, работающие периферией круга, обеспечивают более высокую точность обработки, зато станки, работающие торцом круга, производительнее.

По форме стола различают станки с прямоугольным столом, совершающим возвратно-поступательное движение продольной подачи S_прод (см. рис. 4.46, и), и станки с круглым столом, совершающим вращательное движение круговой подачи Sкр (см. рис. 4.46, к).

258

В станках с прямоугольным столом и горизонтальным шпинделем, работающих периферией круга (см. рис. 4.46, и), за каждый ход стола бабка шлифовального круга получает периодическое перемещение поперечной подачи Sпoп., а после прохода плоскости перемещается вниз на величину вертикальной подачи, равной глубине резания. На станках с прямоугольным столом и вертикальным шпинделем деталь обрабатывается торцом круга, диаметр которого превышает ее ширину; шлифование ведется за один или несколько проходов стола, а круг периодически получает вертикальную подачу Sв. На станках с круглым столом и гори-

Рнс. 4.49. Плоскошлифовальный станок, работающий периферией круга

зонтальным шпинделем, работающих периферией круга, столу или шпинделю сообщается возвратно-поступательное движение поперечной подачи, а вертикальное движение стола или шпинделя является установочным. На станках с круглым столом и вертикальным шпинделем детали обрабатываются торцом круга, диаметр которого превосходит их размеры (рис. 4.46, и); вертикальную подачу Sb осуществляет шлифовальная бабка.

На рис. 4.49 показан плоскошлифовальный станок с прямоугольным столом, работающий периферией круга. Все узлы станка располагаются на Т-образной (в плане) станине 8 с продольными направляющими для стола 1, на котором закрепляются обрабатываемые детали. Для закрепления деталей из магнитных материалов (стальных, чугунных) обычно используют электромагнитную плиту, установленную на столе. Возвратно-поступательная подача Sпрод сообщается столу гидроприводом, размещенным внутри станины. Главное движение Vy совершает от отдельного электродвигателя круг 5, закрепленный на шпинделе шлифовальной бабки 3 и закрытый кожухом 4. Периодическая поперечная подача Sпoп осуществляется на каждый ход или на каждый двойной продольный ход стола перемещением стойки 2, несущей шлифовальную бабку (в некоторых моделях станков стояка неподвижна, а перемещаются поперечные салазки стола). Вертикальная подача Sв на глубину резания t производится перемещением шлифовальной бабки по вертикальным направляющим стойки. Управление станком осуществляется от гидропанели 6 и кнопочной станции 7.

При ширине детали, меньшей ширины шлифовального круга, на станках этого типа можно осуществлять врезное шлифование (без поперечной подачи). Возможна обработка горизонтальных, вертикальных и наклонных плоскостей, а при соответствующем профилировании периферии шлифовального круга — также линейчатых фасонных поверхностей. На рис. 4.50 приведена схема плоскошлифовального станка с круглым столом, работающего торцом круга. В полой коробчатой станине 1 размещены механизмы привода стола и подачи шлифовальной бабки. На станине закреплена стойка 6, по вертикальным направляющим которой может перемещаться шлифовальная бабка 5 со сборным сегментным кругом 4 большого диаметра,

Рис. 4.50. Плоскошлифовальный станок, работающий торцом круга

По горизонтальным направляющим станины могут перемещаться салазки, на которых смонтирован вращающийся стол 10 с электромагнитной плитой 3. На станке имеются электродвигатель привода стола 8, кнопки управления 2, рукоятки управления 9 и маховичок 7; последним осуществляется быстрое перемещение) шлифовальной бабки при наладке станка. Аналогично карусельно-фрезерным станкам, с которыми они имеют общую компоновку и схему работы, станки этого типа являются станками) непрерывного действия и широко применяются в крупносерийном и массовом производстве.

Максимальные размеры деталей, обрабатываемых на плоско-шлифовальных станках, определяются размерами их стола.

Доводочные станки. Для получения минимальной шероховатости поверхности и наивысшей точности размеров и формы) деталей применяют отделочные методы обработки, к которым) относятся хонингование, суперфиниш, притирка и полирование.

Хонингование применяется в основном для обработки цилиндрических отверстий диаметром от 3 до 1500 мм и длиной до 20 м в таких деталях, как гидроцилиндры, орудийные стволы, гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания и поршней компрессоров и т. п. Сущность этого процесса (рис. 4.51, а) состоит в том, что специальный инструмент — хонинговальная головка) 1, оснащенный 3—12 мелкозернистыми абразивными брусками 2, совершает одновременно вращательное и возвратно-поступательное движения в обрабатываемом отверстии неподвижной детали 3. Абразивные бруски установлены в пазах цилиндрической поверхности хона и в конце каждого двойного хода специальным гидравлическим или механическим устройством раздвигаются на несколько микрометров, осуществляя движение радиальной подачи Sрад. Со шпинделем станка хон соединяется шарнирно, поэтому бруски хона самоустанавливаются по отверстию, и точность хонингования практически не зависит от точности станка. Благодаря жесткой конструкции

Рис. 4.51. Схемы работы на доводочных станках

хона и принудительной радиальной подаче брусков хонингование исправляет небольшие погрешности формы предварительно развернутого или расшлифованного отверстия (овальность, конусообразность и пр.), но не исправляет положения оси. Окружная скорость движения хона V == 0,25—1,0 м/с, а скорость движения вдоль оси V₃ == 0,1—0,3 м/с. Соотношение между V₁ и V₂, подбирается таким образом, чтобы зерна брусков перемещались по неповторяющимся пересекающимся винтовым траекториям (принцип неповторяющегося следа), что позволяет получить поверхность с высокими эксплуатационными свойствами. При хонинговании применяют обильное охлаждение керосином или эмульсией. Припуск на хонингование не превышает 0,2 мм. Хонингованием достигают 7-го квалитета точности с параметром шероховатости Ra = 0,32—0,08 мкм отклонением от цилиндричности в пределах 3—5 мкм.

Хонинговальные станки могут быть одношпиндельными и многошпиндельными, с вертикальным, горизонтальным или наклонным расположением шпинделей. Возвратно-поступательное движение шпинделя осуществляется от гидравлического привода.

Суперфиниш представляет собой особый вид тонкой абразивной обработки предварительно отшлифованных поверхностей (чаще всего наружных цилиндрических) специальными

1. АГРЕГАТНЫЕ СТАНКИ, ИХ НАЗНАЧЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ

Агрегатными станками называют станки, скомпонованные из унифицированных узлов и механизмов определенного целевого назначения. Эти элементы нормализованы, их производят серийно для различных отраслей машиностроения. Из них можно по принципу агрегатирования быстро создавать автоматизированное высокопроизводительное оборудование различного технологического назначения.

При высоком проценте использования нормализованных элементов в компоновках агрегатных станков (80—90%) себестоимость их изготовления получается значительно ниже себестоимости изготовления специальных станков. Сроки окупаемости агрегатных станков, как правило, очень коротки (1-3 года).

К элементам агрегатных станков относится станина, силовые головки с приводом и салазками, по которым они перемещаются при выполнении обработки, стол (неподвижный) для установки приспособления и закрепления обрабатываемой заготовки, столы поворотные, различные стойки и кронштейны для изменения положения силовых головок в компоновке станка, а также различные элементы управления.

Силовые головки имеют поступательное перемещение (быстрый подвод, подачу, замедленную подачу при подрезке торцов, быстрый отвод головки в исходное положение).

Силовые головки снабжены шпиндельными раздаточными коробками, благодаря которым можно осуществлять многошпиндельную схему станка. Из этих элементов лишь приспособление носит индивидуальный характер; другие элементы в основном нормализованы и унифицированы.

Появление агрегатных станков связано с бурным развитием машиностроения в нашей стране. Эти станки широко используются в массовом и серийном производствах. Так, в ряде отраслей машиностроения (автотракторостроение, станкостроение, авиадвигателестроение, общее машиностроение) они сыграли важную роль в повышении производительности труда, снижении себестоимости производимой продукции и повышении ее качества.

Агрегатные станки выполняют операции обработки отверстий (сверление, зенкерование, растачивание, развертывание, нарезание резьб, цекование бобышек, снятие фасок), фрезерования плоскостей, пазов и уступов и несколько реже токарную обработку и шлифование.

Используются также комбинированные агрегатные станки, на которых можно производить смешанную обработку (фрезерование, обработка отверстий), а в некоторых случаях и сборку, т. е. на первых позициях станка производится обработка базовой детали изделия, а на последних его сборка.

Агрегатные станки наиболее эффективны при обработке сложных и трудоемких деталей, к которым, в частности, относятся корпусные детали (блоки цилиндров двигателей, картеры коробок передач, корпуса насосов и др.).

Агрегатные станки в большинстве случаев работают как полуавтоматы или по автоматическому циклу.

Большое преимущество агрегатных станков — возможность легкой их перекомпоновки в случае изменения объекта производства, сменой или добавлением готовых нормализованных элементов, Если станок больше не нужен, то его элементы после ремонта (если требуется) могут быть использованы для сборки новых компоновок.

В действующем производстве коэффициент использования агрегатных станков во времени выше, чем специальных. В силу более высокой эксплуатационной надежности этот коэффициент для агрегатных станков нередко достигает уровня 0,85  0,95, в то же время для специальных станков он обычно 0,6  0,8.

2. ТИПОВЫЕ КОМПОНОВКИ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ. ПРИСПОСОБЛЕНИЯ И РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ

В настоящее время известно много схем компоновок агрегатных станков. Количество возможных и целесообразных для тех или иных производственных условий, но принципиально различных схем, исчисляется многими десятками.

Рассмотрим типовые схемы компоновок в порядке повышения производительности обработки, осуществляемого по принципу параллельной концентрации технологических переходов. На рис. 1, а показана наименее производительная одношпиндельная компоновка. Ее преимущество — возможность быстрой сборки станка из нормализованных узлов для любой специальной детали.

Первая ступень повышения производительности обработки применительно к этой схеме заключается в использовании многолезвийного или сборного режущего инструмента, позволяющего одновременно обрабатывать несколько поверхностей заготовки. Так, например, используя многорезцовую скалку, можно за один ход головки 2 расточить ступенчатое отверстие в корпусной детали 1.

Следующей ступени повышения производительности достигают использованием многошпиндельных головок 2 (рис. 1,6), применением многолезвийных инструментов. Дальнейшее повышение производительности обеспечивается на станках многостороннего типа, имеющих несколько параллельно работающих многошпиндельных головок 2, 3, 4 (рис. 1, в).

Еще большей степени концентрации технологических переходов обработки достигают на многопозиционных станках, имеющих круглый стол с вертикальной осью поворота (рис. 1, г) или барабан с горизонтальной осью поворота (рис. 1, д).

На периферийной зоне вокруг стола или барабана расположены позиции станка: на первой устанавливают и снимают обрабатываемые детали 1, на всех остальных их обрабатывают одной или двумя (реже тремя) многошпиндельными головками 2, 3.

При использовании этой компоновочной схемы может быть достигнуто полное совмещение переходов обработки во времени по всему технологическому маршруту всех обрабатываемых поверхностей. Если в качестве технологических баз принять черные поверхности, а при точных методах получения заготовок это вполне допустимо, то обработку многих деталей можно полностью выполнить на одном станке данной компоновки т. е. за одну технологическую операцию.

Еще большего повышения производительности можно достичь на многопозиционных многоместных агрегатных станках. В данном случае на каждой позиции станка установлена не одна, а несколько.

Рис. 1.

заготовок 1 (рис. 1, е). Их устанавливают в специальные многоместные приспособления и закрепляют быстродействующим зажимным устройством.

Станки подобного типа применяют в массовом производстве при выпуске большого количества мелких и средних по размеру деталей. Их можно также применять при групповой обработке разнородных деталей; однако приспособления в этом случае усложняются. Число позиций агрегатных станков данного типа обычно 4  6, а в некоторых случаях достигает 12. Общее количество режущих инструментов в таких компоновках нередко превышает 200. Такие агрегатные станки часто заменяют автоматические линии средних размеров.

Если на многопозиционных станках желательно выполнить обработку детали 1 с разных сторон, то применяются поворотные многопозиционные приспособления 5 (рис. 1, ж). При оснащении агрегатных станков данного типа загрузочными устройствами они могут быть полностью превращены в автоматически действующее оборудование.

Приведенные компоновочные схемы агрегатных станков, на которых цифрой 1 обозначена обрабатываемая заготовка, а цифрами 2, 3, 4 силовые головки, рассмотрены с точки зрения выдерживания принципа параллельной концентрации технологических переходов. На практике отдельные схемы формируются по принципу параллельно-последовательной и значительно реже чисто последовательной концентрации переходов обработки.

На рис. 1, з в качестве примера показана схема компоновки агрегатного станка с перемещаемым в двух взаимно перпендикулярных направлениях столом, на котором установлена обрабатываемая заготовка 1. При одном положении стола многошпиндельной головкой 2 может быть обработана одна группа отверстий; при другом остальная.

Такая компоновка используется при тесном расположении отверстий, когда одновременная их обработка невозможна из-за малого межосевого расстояния. Из тех же соображений стол выполняют поворотным с двумя или большим количеством фиксированных положений.

Другой случай использования приведенной компоновки—это групповая обработка деталей. На рис. 1, и (вид в плане) показан другой пример обработки крупной детали на многостороннем агрегатном станке, скомпонованном по параллельно-последовательной схеме. Стол станка с закрепленной на нем заготовкой 1 имеет два фиксированных положения: в первом положении головками 2 производится предварительная двусторонняя многошпиндельная обработка, а во втором головками 3—последующая чистовая.

Пример компоновки станка для параллельно-последовательной обработки детали 1 с последовательной сменой режущих инструментов в головках 2 показан на рис. 1, к. Станок имеет два инструментальных магазина 3, из которых механическая рука 4 берет их для выполнения обработки в установленной последовательности. Обработка ведется по программе, а сам станок приближается по своей компоновке к «обрабатывающему центру».

Другой пример представлен на рис. 1, л. Здесь инструмент последовательно меняется поворотом многоинструментальных головок 2, предварительно налаженных на определенную операцию обработки.

Приведенные примеры не исчерпывают всех возможных схем компоновок агрегатных станков. Сочетая различным образом признаки количества инструментов, количества шпинделей, числа инструментальных головок, количества позиций обработки, а также признаки многоместности и числа позиций приспособлений, можно получить большое число схем компоновок.

Это число еще больше возрастает, если изменять принципы концентрации обработки (параллельная, последовательная, параллельно-последовательная)

Выбор той или иной схемы компоновки зависит от ряда факторов:

конструкции и размеров обрабатываемой детали,

технических условий ее приемки,

программы выпуска, сроков выполнения программы,

а также отдельных местных производственных условий (наличие производственных площадей и др.)

Зверовщиков А.Е., Миронычев Н.А. МиО 2003…2012