Актуальность: Современное производство характеризуется использованием материалов с высокой твердостью и износостойкостью. Вследствие этого их обработка резанием вызывает определенные трудности. Для финишной обработки таких материалов, как правило, используют шлифование кругами из сверхтвердых материалов (СТМ), к которым относятся алмаз и эльбор. При этом круги используются на металлической связке, что требует использования электроэрозионной правки и электроэрозионных воздействий на рабочую поверхность круга (РПК)

Научная значимость работы: На кафедре «Металлорежущие станки и инструменты» ДонНТУ предложен новый метод поиска оптимальных режимов обработки с помощью такого показателя, как мгновенная текущая лимитированная режущая способность круга, математическое описание которой может быть найдено с помощью упругой схемы шлифования. Метод широко используется при поиске режимов плоского шлифования ванадийових инструментальных сталей, твердых сплавов, заточке инструментов, требует значительно меньших затрат времени по сравнению с классическим методом нахождения оптимальных режимов шлифовки, но требует модернизации станка с целью реализации шлифования по упругой схеме.

Практическая ценность результатов работы: Как показал выполненный обзор, сведения о модернизации внутришлифовального станка для упругой схемы шлифования, в литературе отсутствуют.

Основываясь на приведенном выше, целью магистерской работы является разработка модернизации внутришлифовального станка 3А227П, которая обеспечит исследования мгновенной текущей лимитированной режущей способности шлифовальных кругов из сверхтвердых материалов при внутреннем шлифовании стали Р6М5Ф3 и твердых сплавов группы ВК по упругой схеме

К содержанию

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ СПОСОБОВ НАЗНАЧЕНИЕ РЕЖИМОВ ШЛИФОВАНИЯ

1.1. Классический метод нахождения режимов шлифования

Входными данными для определения режимов резания при шлифовании являются: а) информация о обрабатываемом материале и размеры шлифуетмой поверхности; б) припуск на обработку; в) требования к точности, шероховатости обрабатываемых поверхностей и другим показателям качества; г) информация о станке; д) жесткость системы станок — деталь — устройство — круг; е) характеристика круга, которым проводят обработку на данной операции.

Режимы резания при шлифовании могут быть определении расчетным путем или назначены на основе практических рекомендаций. Расчет режимов шлифования целесообразно проводить для условий массового производства, когда незначительные отклонения от оптимальных требований обработки могут привести к существенным потерям. Расчет режимов целесообразно также проводить при разработке различных нормативов и рекомендаций, относящихся к изготовления шлифовальных кругов.

Задача определения оптимального режима шлифования выполняется в три этапа: 1) составление системы уравнений, описывающих технические ограничения, налагаемые на режим резания требованиями к детали, станку, инструменту и требованиями производства, 2) математическое описание целевой функции, т.е. функции, выражающей цель оптимизации, 3) совместное рассмотрение технических требований и целевой функции и определение на этой основе оптимальных режимов шлифования [1].

Математическое выражение, описывающее технические ограничения, однотипны и могут быть представлены в виде неравенств в левой части которых приведено заданное (предельное) значение какой-либо величины, ограничивающей, или параметра, а в правой — фактическое значение этой величины или параметра при той или иной комбинации элементов режима резания и других заданных требований обработки.

Технические ограничения, налагаемые на режим резания требованиями к изделию, следующие: а) предельно допустимая высота шероховатости Ra на обработанной поверхности, б) необходимая точность детали после шлифования, в) температура шлифуемой поверхности, предельно допустимая с точки зрения прижогов, остаточных напряжений или других показателей качества поверхностного слоя детали.

Технические ограничения, налагаемые на режимы резания станком, следующие: а) мощность привода шлифовального круга, б ) наибольшие и наименьшие частоты вращения шпинделя и значение подач, которые предусмотрены кинематикой и конструкцией соответствующих механизмов станка (nmax, nmin, vmax и vmin и т.п.). В связи с малыми значениями сил, возникающих при шлифовании, прочность механизма станка, как правило, не ограничивает режимы резания. Исключениями могут быть случаи чернового шлифования и обработки деталей на станках с одновременным шлифованием несколькими кругами.

Технические ограничения, наоагаемые на режим резания шлифовальным кругом, следующие: а) требуемая стойкость инструмента, б ) предельная температура на режущих зернах; прочность круга.

Комплекс технических ограничений описывает область возможных режимов шлифования. Если оптимизации подвергается комплекс из двух элементов режима резания, а остальные элементы режима заданы, то упомянутая область изображает собой плоскую фигуру, очерченная соответствующими линиями. На рис. 1.1 в общем виде показана схема построения области возможных режимов резания в случае, когда находется оптимальное сочетание скорости детали и глубины резания (поперечная подача). Линиям на рисунке присвоены наименования ограничений ТО1 — ТК3, что упоминались выше. Если оптимизируется комплекс из трех элементов режима работы, то каждое ограничение описывается не линией, а поверхностью того или иного вида, а область возможных режимов шлифования превращается в трехмерное пространство. При большем количестве элементов, характеризующих режим резания, область возможных режимов вращается в четырех или более мерное пространство.

Рис 1.1 — Схема области возможеных режимов

Целевые функции представляют собой математическое описание цели, с которой производят оптимизацию режима шлифования. В зависимости от конкретных условий производства при оптимизации можно обеспечить наименьшую себестоимость обработки на данной операции, достижение на данной операции наибольшей производительности, минимальные затраты на инструмент. Могут быть и другие конкретные цели оптимизации.

В большинстве случаев при определении оптимальных режимов резания целью оптимизации должно являться получение минимальной себестоимости операции. Исследованиями в работе [2] показано, что, как правило, вариант режимов резания, обеспечивающий наименьшее штучное время, вместе с этим является и наиболее экономичным вариантом. Имея в виду, что решение задачи при целевой функции, содержит требование минимального времени, является наиболее простым, чем при целевой функции, которая содержит требование наименьшей себестоимости, а результаты в обоих случаях достаточно близки, целесообразно за основу оптимизации режимов шлифования принять достижения наибольшей производительности процесса.

Наибольшей производительности при прочих равных требованиях соответствует наибольшее количество удаленного обрабатываемого материала Q за минуту. Геометрически величина Q не зависит от скорости шлифования v. Однако на практике вследствие износа круга и его отжима в процессе резанья зависимость минутного снятия Q от элементов режима резания оказывается более сложной, и поэтому целевая функция может быть выражена в виде формулы:

При отсутствии осевой подачи в формулу (1.1) подставляют ширину площадки контакта шлифуемой поверхности, с кругом. Следовательно, задача оптимизации состоит в том, чтобы получить:

Показано [2], что при нахождении оптимальных режимов методом линейного программирования постоянный коэффициент не влияет на решение задачи, поэтому вместо выражения (1.2) можно записать:

Таким образом, в области возможных режимов, описанных техническими ограничениями и графически изображенных на рис. 1.1, необходимо отыскать точку, для которой справедливо выражение (1.3), она и будет отвечать оптимальному режиму шлифования.

Технические ограничения вместе с целевой функцией (1.2) или (1.3) отражают математическую модель оптимального режима шлифования. Для решения этой системы относительно интересующих нас элементов режима, используют электронную вычислительную технику. Предварительно приводят математические выражения которые приводят все технические ограничения и уравнения (1.1 — 1.3) к линейному виду, так как в этом случае задача исчисляется просто средствами линейного программирования. Сведение к линейному виду осуществляют логарифмированием всех выражений, в связи с чем последние должны быть представлены, как те или иные умножения переменных величин или степенные зависимости

Расчет режимов резания резко упрощается с уменьшением количества переменных, подлежащих оптимизации. В связи с этим в ряде случаев, имея в виду, что подавляющее большинство шлифовальных станков не имеет устройства для регулирования частоты вращения шпинделя круга, расчет скорости шлифования не выполняется, принимается на основе практических рекомендаций.

Недостатком рассмотренного классического метода нахождения оптимальных режимов при шлифовании новых материалов или кругами с новыми характеристиками заключается в том, что он требует значительных затрат времени для нахождения зависимостей, описывающих технические ограничения. Кроме того, он дает результаты, которые невозможно использовать в случае, когда режимы при обработке выходитят за пределы, в которых были найдены уравнения технических ограничений, а также не учитывает изменение режущей способности РПК при работе.

К содержанию

1.2. Мгновенная текущая лимитированная режущая способность круга

При алмазном шлифовании производительность обработки зависит от режущей способности круга, поэтому необходимо найти параметр режима резания, с помощью которого можно будет в любой момент обработки уравнять количество материала, который подводится для удаления за счет рабочих движений, и количество материала, который может удалить рабочая поверхность круга за счет ее режущей способности. Для этого воспользуемся параметром — мгновенной текущей лимитированной режущей способностью круга [3] — которая представляет собой объем материала, удаляемого в единицу времени, в любое время обработки, при этом выполняются технические ограничения, накладываемые на режим обработки качеством обработанной поверхности или инструментом (например, температурой порога фазово-структурных превращений в поверхностном слое детали, температурой графитизации алмаза, его прочностью и т.д.).

Рассмотрев математические расчеты для упругого плоского врезного шлифования неподвижной детали, и применив полученные зависимости для расчета круглого врезного шлифования мы получили формулу для круглого шлифования с продольной подачей

где i — количество проходов в минуту.

Из формул расчетов мы увидели, что наиболее удобным параметром режима шлифования, с помощью которого можно сравнить производительность обработки и режущую способность круга, является мгновенная фактическая глубина шлифования. Из этих же расчетов следует, что изменение фактической глубины шлифования необходимо осуществлять дискретно через время, равное времени одного хода стола при плоском врезном шлифовании или времени одного оборота детали — при круглом, или через кратное им время. При шлифовании с подачей фактическую глубину шлифования необходимо менять через время одного прохода или кратное ему.

Определение режимов максимальной производительности с использованием режущей способности круга в качестве ограничивающего параметра осуществляется в следующие этапы:

Сначала находят предельные значения технических ограничений, накладываемых на режим требованиями к качеству обработанной поверхности, и шлифовальным кругом в пределах технологических возможностей станка;

Затем с использованием технического ограничения, удовлетворяющего требованиям всех рассмотренных выше ограничений (лимитированное ограничения), рассчитывают силу поджима образца к рабочей поверхности круга с использованием параметров рабочей поверхности сформированной во время правки;

С использованием упругой схемы шлифования, кинематика которой идентична жесткой, экспериментально определяется регрессионная зависимость (tф), описывающая изменение режущей способности РПК при при шлифования.

Выполняется переход от упругой схемы к жесткой, по которой работает станок, выпускаемый серийно, для чего определяется время одного хода при врезном шлифовании (прохода при шлифовании с подачей), а затем, по регрессионной зависимости, рассчитывается фактическая глубина шлифования для каждого i-го хода (прохода) в течение всего периода стойкости шлифовального круга.

Время рабочего хода при врезном шлифовании или прохода при шлифовании с подачей рассчитывается по известным математическим зависимостями исходя из размеров обрабатываемой детали, а также от вида шлифования

Найденные по регрессивной зависимости значения tф являются величиной подачи на врезание, которая заносится в программу станка с ЧПУ для выполнения обработки, а остальные элементы режима (Vк, Vст) переносятся из упругой схемы на жесткую без изменений

К содержанию

2. РАЗРАБОТКА УЗЛА УПРУГОГО ПОДЖИМА ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА К ОБРАЗЦУ НА ВНУТРИШЛИФОВАЛЬНОМ СТАНКЕ 3А227П

2.1 Анализ современных конструкций устройств для шлифования по упругой схеме

При плоском шлифовании по упругой схеме кругами с прерывистой поверхностью используется устройство [4], которое обеспечивает постоянную радиальную силу Ру (рис. 2.1. ). Оно представляет собой корпус, внутри которого свободно от рычага 3 перемещается ползун 2 вместе с образцом 1. Сила прижима образца к кругу регулируется грузом 6. В конце рабочего хода осуществлялся отвод круга от образца с помощью копира 5 и рычага 3 с роликами 4.

Рис. 2.1. Устройство, обеспечивющее плоское шлифование с постоянной силой Рy [4]

В работе [5] используется устройство для поджатия рабочей поверхности РПК в образцу при алмазно-искровом шлифовании, конструкция которого использует выше описанную схему поджатия.

Устройство для плоского шлифования по упругой схеме (рис. 2.2) располагается на магнитной плите станка 3Г71. Обрабатываемый образец 2 закреплен в струбцине 3, расположенной на ползуне 4, имеющей возможность перемещаться в корпусе 5 по роликовым направляющим 6. Для исключения возможности намагничивания подвижных частей устройства в нижней части корпуса установлена ?медная прокладка 7. Ползун опирается на подшипник 8, который закреплен на меньшем плече рычага 9, а на большем плече рычага установлены грузы 10 для уравновешивания подвижной части устройства и грузы 11, которые обеспечивают необходимую силу поджатия образца к рабочей поверхности круга.

Рис. 2.2. Устройство для плоского шлифования по упругой схеме [5]

Чтобы отвести образец от поверхности шлифовального круга при выходе его из зоны резания служат копиры 12, с которым в этот момент начинает контактировать подшипник 13. Отвод образца от РПК обеспечивается за счет того, что корпус устройства закреплен на магнитной плите станка, а копир с помощью планки 14, стоек 15 и планки 16 на крестовом суппорте 17. При продольном перемещении стола подшипник 13 набегает на наклонную поверхность копира и опускает подшипник 8, поджимая ползун к поверхности шлифовального круга. Как результат, обрабатываемый образец от РПК опускается вниз. Положение копиров можно регулировать как в горизонтальной плоскости, путем их перемещения вдоль планки 14, так и в вертикальной, опуская или поднимая планку 14 с помощью гаек 18.

В результате удаления материала образца шлифованием по высоте положения подшипника 13 относительно поверхности копиров изменяется, что приводит к изменению момента врезания шлифовального круга в образец. Чтобы исключить влияние относительного положения грузов 11 на силу пиджатия образца к РПК, на стойке 15 установлен кронштейн 19, а на рычаге 9 - линейка 20. В процессе обработки постоянное относительное положение линейки и кронштейна поддерживается с помощью механизма вертикальной подачи шлифовальной бабки.

Для повышения точности измерения удаленного материала на струбцине 3 установлен штифт 21, который служит базой при измерении образца до и после шлифования. Измерение образца осуществляется в фиксированном нижнем положении ползуна.

Для предотвращения попадания смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) на роликовые направляющие корпус устройства закрыт пленкой, не пропускающей СОЖ.

Для изучения режущей способности круга по упругой схеме взаимодействия шлифуемого образца с рабочей поверхностью инструмента применяется специальное устройство [6 ] (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Приспособление для испытания кругов по упругой схеме шлифования твердосплавных пластин [6]

Твердосплавная пластинка 1 устанавливается в зажимную державку 2, с помощью винта 3 крепится в четырехгранном отверстии штока 5. Шток на четырех опорных подшипниках 9, установленных в корпусе 10, свободно перемещается параллельно оси вращения чашечного алмазного круга. Для предотвращения проворачивания штока в процессе шлифования под действием тангенциальной силы предусмотрен направляющий регулируемый подшипник 4, находится в постоянном контакте с лыской на штоке. На плече длинного рычага 6 шарнирно с помощью шарикового подшипника, закрепленного в корпусе, устанавливается необходимый груз 7. Короткое плечо рычага с шариковым подшипником 8 на конце, упирается в торец подвижного штока, осуществляя нормальное давление и прижимая шлифуемую пластинку к рабочей поверхности алмазного круга. Твердосплавная пластинка не выходит из контакта с рабочей поверхностью алмазного круга, поэтому площадь контакта остается постоянной, равной 60 мм2 (толщина пластинки формы 0227 составляет 6 мм, ширина алмазоносного слоя круга — 10 мм). Продольная подача Snp с амплитудой движения пластинки 8 мм равна 1 м/мин.

При постоянной нормальной силе и при постоянной площади контакта изделия с кругом нормальное давление на единицу поверхности также не меняется в процессе шлифования. Это обстоятельство является чрезвычайно важным для оценки производительности шлифования и износа круга.

Для шлифования по упругой схеме образцов с большой дугой контакта заготовки и с РПК используется устройство [5]. Устройство (рис. 2.4) состоят ется из двух узлов: узла упругого пидтискування образца до РПК и узла прерывания процесса резания

Рис. 2.4. Схема устройства для шлифования с увеличенной дугой контакта по упругой схеме с заданным временем [5]

Узел упругого пиджима образца к РПК состоит из массивного корпуса 1, внутри которого закреплена ось 2 с подшипниками. Два подшипника расположены внутри корпуса и еще два - в коромысле 3, в результате этого обеспечивается его колебания. На ось одеты дистанционные кольца, которые препятствуют перемещению подшипников вдоль оси и попаданю СОЖ в подшипниковый узел. На одном конце коромысла расположена струбцина 5 для закрепления образцов 6, на другом — стержень 7 и кронштейн 8 с роликом 9, который предназначен для контакта с поверхностью управляющего кулачком. Обрабатываемый образец 6 устанавливается в струбцину таким образом, что его торец опирается на площадку 10, положение которой можно изменять при помощи винта 11 регулируя таким образом положения обрабатываемой поверхности, после чего образец закрепляется. На стержне 7 закрепляют груз 12, что создает необходимую силу поджатия образца к РПК. Узел прерывания процесса резания состоит из основания 14, на котором закреплена плита 13. По направляющим плиты перемещается платформа 15, на которой расположен электродвигатель 16, имеющий частоту вращения вала 8 об/мин. Установка плиты в необходимое положение выполняется винтом 17. На валу электродвигателя закреплен диск 18, на котором с помощью винтов закрепляются управляющие кулачки 19. При диаметре диска 50мм переменные управляющие кулачки позволяют изменять время непрерывного шлифования образца в границах 1 — 6 с. Для контроля постоянного положения ролика 9 во время обработки, на плите 13 установлена линейка 20, что позволяет с помощью вертикальной подачи шлифовальной головки, сохранять постоянное положение ролика.

В работах [7, 8] для шлифования по упругой схеме образцов из сверхтвердых материалов используются устройство (рис. 2.5), что позволяет осуществлять шлифования с постоянным усилием прижима образцов Ру к режущей поверхности круга. Параллельно этому можно измерять тангенциальную силу Pz и производительность обработки. Каретка перемещается в подшипниках, 6 с закрепленным образцом 8, грузом 2 и через гидравлический привод 1 поджимается к алмазному кругу 7. Изменяя вес груза 2, можно получать различные силы Ру. В устройстве предусмотрен виброгасители 4, препятствует росту колебаний в системе «образец — круг» из-за появления волнистости на поверхности круга.

Рис. 2.5. Устройство для шлифования с постоянным усилием прижима образца к кругу [7]

Конструкция устройства следующая. На горизонтальной плите установлены две собачки 9, свободно поворачивающиеся вокруг вертикальной оси. Между ними находится клин 11, под действием пружины 5 раздвигает собачки, прижимая их к планкам 10. Потому что собачки связанны с подвижной кареткой 6, а планки неподвижны, движение каретки (образца) может происходить только в одном направлении — к РПК. Данное устройство значительно уменьшает износ круга из-за появления вибраций и позволяет осуществить непрерывный замер скорости съема обрабатываемого материала индикатором 3 непосредственно в процессе эксперимента.

Как отмечается в работе [8], гидравлический поджим образца в круг обеспечивает наиболее стабильные характеристики демпфирования, по сравнению с механическим пиджатием через рычаг или посредством тарировочной пружины

Для осуществления круглого шлифования по упругой схеме используется устройство, показанное на рис. 2.6 [9]. Оно позволяет устанавливать в неподвижные центра различные детали или образцы. Это устройство установлено на столе круглошлифовального станока 3153. Нижняя плита 1 устройства неподвижно закреплена на столе станка, верхняя плита 2 движется на шариках, помещенных в направляющих верхних и нижних плит, образующих «ласточкин хвост». Верхняя плита перемещается в направлении, перпендикулярном направляющим стола, то есть к шлифовальному кругу. Поверхности плит и направляющих, по которым перемещаются шарики, цементированны и закаленны. На верхней плите, со стороны шлифовального круга, в неподвижных центрах установлена оправка со шлифуемым образцом 3. Вращательное движение образца обеспечивается двигателем, установленным на специальной плите, которая под действием винта 8 может перемещаться вместе с двигателем. На валу двигателя посажена головка 5, которая может перемещаться вдоль оси двигателя под действием сильной (200Н) пружины 6, и удерживается от поворота относительно вала двумя винтами, которые скользят по осевым пазам.

На конец головки насажен конус с ферродо (угол при вершине конуса 90°). Посредством контакта этого конуса с чугунным конусом 4 большего диаметра, вращение передается последнему и далее через ременную передачу на шкив, посаженному на подшипнике на неподвижном центре. Поводок, закрепленный на этом шкиве, вращает оправку с образцом. Частота вращения образца изменяется путем перемещения плиты с двигателем с помощью винта 8. Верхняя плита вместе со всеми частями устройства, помещенными на ней, под действием груза 13. подвешенного на пластинчатой цепи, стремится откатиться в сторону круга. Под действием этой силы шлифуемый образец прижимается к кругу.

Интенсивность съема металла и износ круга в процессе шлифования определяются по индикатору 7, закрепленном на столе станка. Верхняя плита после отвода образца от круга устанавливается в необходимом положении с помощью фиксатора, стержень которого под действием пружины заскакивает в соответствующие отверстия нижней плиты. Для нормальной работы устройства необходимо было предусмотреть специальное устройство, что, с одной стороны, позволяло перемещаться верхней плите только под действием постоянного груза, с другой стороны, жестко стопорила бы ее при движении назад. Шлифовать без такого устройства оказалось невозможным: под действием даже небольшого биения круга на детали появлялись неровности (в виде волн), которые быстро нарастали и приводили к сильному дроблению.

Рис. 2.6. Схема устройства для круглого шлифования с постоянным радиальным поджатием [9]

Для устранения этого недостатка в приспособлении предусмотрен специальный храповой механизм (рис 2.7). На верхней плите (см. рис. 2.7) в углублениях, чтобы не мешать ей двигаться, были установлены попарно четыре собачки 11, которые могут свободно поворачиваться на осях (сходятся и расходятся). Собачки изготовлены из стали ХВГ, закаленные, а концы их остро заточены и улучшены. Между каждой парой собачек по пазам проходит клин 12, при движении вперед раздвигая их. Клинья под действием пружин 9 все время стремятся раздвинуть собачки, которые при этом острыми концами упираются в чугунные колодки 10, закрепленные на неподвижном кронштейне нижней плиты. Колодки (примерно на 10°) разведены. Это в сочетании с клином и создает стопорящее действие при попытке отвести верхнюю плиту обратно. Для отвода образца от круга необходимо сначала за проволочки оттянуть клинья, что позволит собачкам сходиться. Таким образом, этот механизм, не препятствуя (кроме трения собачек об колодки) движению верхней плиты вперед, жестко стопорит ее при отводе назад.

Рис. 2.7. Храповой механизм устройства для обеспечения радиальной жесткости [9]

Как показал анализ вышеизложенного материала, упругое пиджатие образца к РПК осуществляется с помощью специальных устройств, которыми оснащаются станки, выпускаемые серийно. Сила пиджатия образца к РПК осуществляется с помощью груза, а передача усилия пиджатия на образец механическим способом с помощью рычагов или гидравлически. Использовать такие устройства удобно в лабораторных условиях, однако, для использования упругой схемы шлифования в промышленности рациональнее было бы создавать узлы станка, позволяющих реализовать шлифования как по упругой так и по жесткой схеме.

К содержанию

2.2 Разработка конструкции шлифовальной бабки внутренне шлифовального станка 3А227П для шлифования по упругой схеме

Как уже отмечалось, сущность упругого шлифования заключается в том, что шлифование выполняется с постоянной силой поджатия рабочей поверхности круга к обрабатываемой поверхности образца, обеспечивая стабильное качество обработанной поверхности в течение шлифования независимо от времени и упрощенный способ оптимизации режимов обработки.

Поставленная задача решается за счет того, что в шлифовальную бабку устанавливается шлифовальная головка с возможностью перемещения относительно стола в горизонтальной плоскости. На корпусе закрепляется нагрузочное устройство, например, груз, который обеспечивает возможность прижатия рабочей поверхности шлифовального круга к обрабатываемой поверхности с постоянной силой, кроме того, оси, проходящие через центры шкивов электродвигателя и шлифовальной головки, располагаются в одной вертикальной плоскости (рис. 2.8).

Шлифовальная бабка состоит из корпуса 1, который расположен на столе 2. Шлифовальная головка 3 со шлифовальным кругом 4 закреплена с двух сторон в обойме 5, которая имеет сверху и снизу призматические канавки, в которых расположены шарики 6. С шариками 6 находятся в контакте призматические канавки планок 7, которые закреплены на торце стаканов 8, закрепленных в отверстии корпуса 1. Канавки планок 7 образуют шариковые направляющие, в которых в горизонтальном направлении может перемещаться относительно стола шлифовальная головка поджимая рабочую поверхность шлифовального круга 4 к обрабатываемой поверхности заготовки с постоянной силой, которую задают с помощью нагрузочного устройства.

Рис. 2.8 Модернизированная шлифовальная бабка

Загрузочное устройство состоит из груза 9, который тросиком 10 соединаний со шлифовальной головкой 3 через ролик 11. Электродвигатель 12 закреплен на столе 2 с помощью стойки 13 таким образом, что оси шкива 14 электродвигателя 12 и шкива 15 шлифовальной головки 3 находятся в одной вертикальной плоскости. Такое расположение осей шкивов 14 и 15 направляет силу натяжения ремня 16 перпендикулярно направлению перемещения шлифовальной головки и при величинах перемещений, характерных для выполнения шлифования по упругой схеме, практически не влияет на величину силы подижима РПК к обрабатываемой поверхности заготовки, которая задается грузом 9.

Сборка шлифовальной бабки выполняется следующим образом. На стол станка закрепляется корпус, в отверстие которого устанавливаются стаканы. На переднюю часть шлифовальной головки закрепляется обойма, после чего шлифовальная головки 3 вводится в отверстие в корпусе и в петлю тросика, которая находится в отверстии корпуса. На противоположный конец шлифовальной головки устанавливается вторая обойма. Затем на торец стаканов закрепляются нижняя и верхняя планки, в канавки планок вводят шарики с сепаратором, регулирующие зазоры, и ориентируют направляющие в горизонтальном положении и окончательно закрепляют стакана в корпусе. Затем на стол устанавливают стойку, закрепляют электродвигатель, на шкивы и одевают пас, ориентируют электродвигатель относительно шлифовальной головки так, чтобы оси шкивов находились в одной вертикальной плоскости, и натягивается ремень, перемещением электродвигателя по стойке. На шлифовальную головку закрепляют шлифовальный круг и нагружают шлифовальную головку грузом. При этом шлифовальная головка перемещается в горизонтальной плоскости до появления контакта своей внешней цилиндрической поверхности с внутренней цилиндрической поверхностью стаканов. Шлифовальная бабка готова к работе.

Шлифование по упругой схеме выполняется следующим образом. После установки заготовки в патроне бабки, устанавливают величину перемещения стола вдоль оси заготовки, при которой шлифовальный круг должен находиться по высоте в контакте с обрабатываемой поверхностью, включают привод вращения заготовки, затем электродвигатель, а шлифовальный круг вводят в обрабатываемое отверстие. Перемещая бабку изделия в направлении, перпендикулярном оси шлифовальной головки, вводят РПК в контакт с обрабатываемой поверхностью, обеспечив при этом зазор между наружной цилиндрической поверхностью шлифовальной головки с внутренней цилиндрической поверхностью стаканов. В этом случае шлифование будет выполняться с постоянным поджимом РПК к обрабатываемой поверхности заготовки, величину которого задает груз. При удалении припуска при шлифовании, зазор между наружной поверхностью шлифовальной головки и внутренней поверхностью стаканов 8 будет уменьшаться, что требует компенсации перемещением бабки изделия, обеспечивая постоянное отсутствие контакта между шлифовальной головкой и стаканами.

При закреплении шлифовальной головки в корпусе неподвижно, например, с помощью винта установленного в корпус (на графических материалах винт не показан), возможно выполнение шлифования по жесткой схеме.

Использование упругой схемы шлифования обеспечивает уменьшение трудоемкости поиска оптимальных режимов и повышения производительности обработки до 30%.

Предложенная шлифовальная головка может применяться на машиностроительных предприятиях и в лабораторных условиях при проведении исследований. На конструкцию головки получен патент Украины на изобретение.

К содержанию

2.3. Модернизация станка 3А227П для электроэрозионных воздействий на РПК

Сущность алмазно-искрового шлифования заключается в объединении процесса резания с электроэрозионным влиянием на образец и инструмент за счет введения в зону резания импульсного технологического тока в среде обычных шлифовальных СОЖ.

Модернизация станка заключается в обеспечении надежной изоляции инструмента и обрабатываемого образца от всей конструкции станка и подводу в зону резания технологического тока (Рис. 2.9).

Рис.2.9 Схема модернизации внутришлифовального станка 3А227П

На станке 3А227П шлифовальная головка с закрепленным кругом 5 изолируется от корпуса станка прокладками 6, а трехкулачковий патрон с образцом 4 — специальным текстолитовых фланцем 3.

Технологический ток к инструменту подводим через графитовую щетку и шкив шлифовальной головки, а к образцу — по цепи: «щетка 2 — кольцо 1 — патрон» . Источник технологического тока ИТТ 35, который обеспечивает преобразование трехфазного переменного тока промышленной напряжения и частоты в униполярный импульсный ток частотой 50Гц используемый для выполнения элекроерозийнои правки и управляющих действий на РПК одновременно со шлифовкой образца.

Основные исходные технологические параметры ИВС 356

Частота напряжения питания 50 Гц;< LI>

Частота выходных импульсов 50 Гц;

Наибольшая мощность, которая используется 1 кВт;

Диапазон регулировки выходного напряжения на холостом ходу: амплитудной 27-75 В, средней 0,5 — 1В;

Диапазон регулировки угла отсечки импульсов выходного напряжения 85 - 160;

Максимальный средний ток 35 А.

К содержанию

3. РАСЧЕТ СИЛЫ НАТЯЖЕНИЯ ЗВЕНЬЕВ РЕМНЯ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ НЕОБХОДИМОЙ МОЩНОСТИ

В модернизированном станке передача момента от электродвигателя на шлифовальную головку выполняется с помощью плоско ременной передачи. При этом натяжения ремня выполняется за счет перемещения электродвигателя (Рис. 3.1)

Рис 3.1 Плоско ременная передача внутришлифовального станка 3А 227 П

В основе методики расчета силы натяжения ремня положена методика расчета ременной передачи, изложенной в работе [7]. Расчет силы предварительного натяжения ремня So, которые обеспечивают мощность обработки 1, 2, и 3 кВт выполнили согласно геометрических и кинематических зависимостей передачи (Рис 3.2)

Рис 3.2 Схема для расчета геометрических, кинематических и силовых зависимостей ременной передачи

Рис 3.3 Схема контроля натяжения ремня

Сделав все необходимые расчеты силы предварительного натяжения ремня и стрелы отклонения ветви ремня, результаты занесли в таблицу 3.1

Таблица 3.1 — Сила натяжения ремня и соответствующие стрелы прогиба ветви ремня (G = 49Н, t = 344 мм)

К содержанию

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СИЛЫ НАТЯЖЕНИЯ РЕМНЯ ПЕРЕДАЧИ «ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ — ШЛИФОВАЛЬНАЯ ГОЛОВКА» ШЛИФОВАЛЬНОЙ БАБКИ ПРИ ШЛИФОВАНИИ ПО УПРУГОЙ СХЕМЕ НА СИЛУ ПОДЖИТИЯ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ КРУГА К ПОВЕРХНОСТИ ОБРАЗЦА

Экспериментальные исследования влияния силы натяжения ремня на силу подижима РПК к поверхности образца, выполняли на внутренне шлифовальном станке 3А227П, модернизированном для шлифования по упругой схеме (Рис 4.1). Для создания силы нагрузки шлифовальной головки использовали грузы различного веса. Силу прижима РПК к поверхности заготовки измеряли с помощью динамометрического стола модели УДМ 100 и осциллографа модели С8-17. При контролировании силы предварительного натяжения ветвей ремня их нагружение выполняли с помощью динамометра растяжения, а величину стрелы прогиба определяли с помощью индикатора часового типа с ценой деления 0,01 мм (Рис 4.2).

Рис 4.1 Общий вид модернизированного станка 3А227П с приспособлениями для исследования влияния силы натяжения ремня на силу прижима РПК в образец

Рис.4.2. Схема контроля силы предварительного натяжения ремня

1 — ремень, 2 — динамометр растяжения, 3 — индикатор

Перед исследованиями выполняли тарирования динамометрического стола УДМ 100 с помощью грузов (рис. 4.3, табл. 4.1).

(а)

(б)

Рис.4.3 Общий вид (а) и схема (б) тарирования динамометрического стола УДМ 100

1 — грузы, 2 — ролик, 3 — динамометрический стол, 4 — корпус бабки, 5 — осциллограф

Таблица 4.1 — Протокол тарирования динамометрического стола УДМ 100

Для определения принадлежности выборочных дисперсий в одной генеральной совокупности был рассчитан критерий Кохрана [8]

Анализ выборочных дисперсии по критерию Кохрана подтвердил их однородность (расчетное значение критерия Кохрана по данным таблици 4.1 g = 0,2290; табличное значение критерия Кохрана для f = 9 и k = 6 на уровне значимости 0,05 равно gтабл = 0,3682), что дало право для нахождения доверительного интервала на средние величины показаний осциллографа использовать середньовзвишеную дисперсию S = 0,0437.

95% доверительные интервалы на среднюю величину показаний осциллографа определяли с помощью критерия Стьюдента [9].

где tкр - критерий Стьюдента

s - середньовзвишене отклонения

n-количество повторений

Для условий тарирования tкр = 2,00; s = 0,2091; n = 10; N = ± 0,13 < / P>

По данным табл. 4.1 был построен тарировочный график (рис.4.4) и методом наименьших квадратов найдено уравнение регрессии

Рис 4.4 Тарировочный график динамометрического стола УДМ 100

Решим уравнение относительно силы нагружения. Будем иметь:

Исследование влияния силы натяжения ремня передачи «электродвигатель - шлифовальная головка» на силу поджима РПК к заготовке проводили в такой последовательности. Сначала выполняли натяжения ремня в соответствии с мощностью, передаваемой и контролировали силу натяжения по величине стрелы прогиба (табл. 4.1), (рис. 4.2). Далее (рис.4.5) на нагрузочное устройство устанавливали грузы, которые создавали силу нагружения шлифовальной головки, а силу подижима РПК к образецу определяли с помощью осциллографа, показания которого пересчитывали по уравнению тарирования (9). Эксперимент повторяли 4 раза для каждой передаваемой величины мощности, а данные заносили в таблицу 4.2.

(а)

(б)

Рис.4.5. Общий вид (а) и схема (б) исследование влияния силы натяжения ремня на силу нагружения шлифовальной головки

1 - грузы, 2 - шлифовальная головка, 3 - динамометрический стол, 4 - осциллограф

После статистического анализа результатов таблицы 4.2 (расчетные критерии Кохрана: g1 кВт = 0,3389; g2 кВт = 0,1083; g3 кВт = 0,3426; табличное значение критерия Кохрана gтабл = 0,5981 [8] для f = 3 и k = 5; = 0,09826) и определения 95% доверительных интервалов для условий эксперимента (tкр = 2,02 [9]; s = 0,3134; n = 4; N = ± 0,32) были построены графики значений отношений C = Fн / Fп от силы поджима РПК к поверхности образца и найдены корреляционные зависимости C = f (Fп) (рис. 4.6).

Таблица 4.2 - Влияние силы натяжения ремня на силу прижима РПК к поверхности образца

Как видно из табл.4.2, на силу поджима РПК к поверхности образца влияют силы натяжения ремня, а также величина нагрузки шлифовальной головки, при этом с увеличением силы натяжения ремня отношение C = Fн / Fп увеличивается, с увеличением величины нагрузки - уменьшается

Рис. 4.6 Влияние силы прижима РПК к поверхности образца на отношение C = Fн / Fп

Используя корреляционные зависимости C = f (Fп), приведеные на рисунке 6, по известной силе поджима РПК к поверхности образца, найденной из условий выполнения технических ограничений, можно рассчитать силу нагрузки шлифовальной головки Fн.