3.3.5. Шлифовальные станки

Шлифовальные станки имеют инструментальные рабочие органы – шлифовальные шпиндели – с базами по схемам «Р» и «L» рис. 23. Базы в виде внутреннего конуса Морзе (схема «L») применяются в заточных станках инструментального производства.

В плоскошлифовальных,круглошлифовальных, а такжеуниверсальных круглошлифовальных(для круглого и внутреннего шлифования) станках базы инструментальных шпинделей изготавливаются в виде наружного укороченного конуса (схема «Р» рис. 23) под фланцы переходные со шлифовальными кругами. На рис. 31 показана одна из конструкций, состоящая из неподвижного 9 и подвижного 4 фланцев, между которыми винтами 1 закрепляется шлифовальный круг 8 через эластичные прокладки 7 из технического картона (для предотвращения осыпания круга в местах зажима). В неподвижном фланце 9 выполнены точное коническое отверстие под базу шлифовального шпинделя 11 или 13 и шпоночный паз под шпонку 10, передающую крутящий момент со шпинделя. Крепление переходных фланцев в зависимости от конструктивного исполнения шлифовального шпинделя осуществляется винтом 2 или гайкой 12 соответственно по внутренней или наружной левой резьбе в шпинделе.

Технология изготовления шлифовальных кругов не обеспечивает абсолютно равномерную плотность материала во всем его объеме, и по этой причине его центр масс может не находиться на оси вращения, что вызывает дисбаланс круга. Кроме того, дисбаланс может увеличиться из-за посадки круга на цилиндрическую базу переходных фланцев с неравномерным зазором. Дисбаланс вызывает вибрацию в технологической системе, мощность (амплитуда) которой зависит от частоты вращения шлифовального круга (значительной при скоростях резания от 25 до 120 м/с), его массы вместе с фланцами и эксцентриситета центра масс Е(рис. 32). Вибрация в любом случае снижает качество обработанной поверхности, а при большой мощности вызывает интенсивный износ оборудования (шпиндельного узла).

Для устранения (уменьшения) дисбаланса выполняют балансировку круга в сборе с переходными фланцами (для кругов диаметром более 200 мм и высотой более 20 мм при скоростях резания 35 м/с и выше). Балансировка в производственных условиях осуществляется динамическим или статическим способами. Более качественная динамическая балансировка производится на специальном, достаточно дорогостоящем оборудовании. Для статической балансировки требуется относительно простое приспособление, схема которого приведена на рис. 32.

Рис. 31. Фланцы переходные для крепления шлифовальных кругов на плоско- и круглошлифовальных станках: 1 - винты крепления фланцев; 2, 12 - винт и гайка крепления неподвижного фланца на шпинделе; 3 - шайба; 4, 9 - подвижный и неподвижный фланцы; 5 - балансировочная гайка; 6 - винт балансировочной гайки; 7 – прокладки (технический картон); 8 - шлифовальный круг; 10 - шпонка; 11, 13 - базы шпинделя (варианты исполнения)

Приспособление для статической балансировки представляет собой плиту, на стойках которой закреплены два параллельных опорных ножа 4 из закаленной высокопрочной стали. Опорные поверхности ножей выставляются строго горизонтально с помощью винтовых регулируемых опор 5 плиты. Для балансировки используется специальная высокоточная оправка 3, имеющая коническую базу, идентичную шлифовальному шпинделю, и две цилиндрические шейки с одинаковым диаметром d.

В основу способа статической балансировки положен физический принцип гравитационной устойчивости тела качения, имеющего смещенный центр масс. Такое тело (в данном случае – круг с планшайбой в сборе) стремится на горизонтальной опорной плоскости занять положение, когда центр масс расположен ниже точки опоры и находится с ней на одной вертикальной линии.

Переходные фланцы 2 с кругом 1 и оправкой 3 в сборе устанавливаются на горизонтальные ножи 4 балансировочного приспособления. При наличии радиального смещения Ецентра масс возникают моменты дисбаланса с плечамиl ⁺илиl ^–в зависимости от места расположения центра масс от точки опоры оправки на ножах 4. Эти моменты перекатывают балансируемую систему соответственно по часовой стрелке или против часовой стрелки (см. рис. 32), переводя ее в устойчивое положениеl⁺=l^–= 0. Этот процесс носит колебательный характер (маятник). После остановки планшайбы в цилиндрическую расточку балансировочной канавки на подвижном фланце 4 (см. рис. 31) вводится коническая балансировочная гайка 5 с винтом 6, продвигается по канавке в верхнюю точку (противоположную положению центра масс) и фиксируется винтом 6.

Рис. 32. Статическая балансировка шлифовального круга с переходными фланцами в сборе: 1 – круг шлифовальный; 2 –фланцы переходные; 3 – балансировочная оправка; 4 – опорные ножи балансировочного приспособления; 5 – регулируемые винтовые опоры; Е – радиальное смещение центра масс системы круг - планшайба; l ⁺, l ^– - плечи моментов дисбаланса масс в неустойчивом положении системы круг - планшайба

После этого процесс повторяют (может быть установлено несколько балансировочных гаек) до того момента, когда балансируемая система после установки на ножи в любом произвольном угловом положении остается неподвижной, то есть центр масс расположен внутри цилиндра диаметром d(то естьЕ < d). Процесс статической балансировки достаточно трудоемок и требует определенных навыков. Точность балансировки (остаточный дисбаланс) зависит от диаметраdопорных шеек балансировочной оправки.

Конструкция двухфланцевого крепления (см. рис. 31) используется для шлифовальных кругов с отверстием (базой) более 51 мм. Для легких шлифовальных станков применяются варианты однофланцевого крепления, показанные на рис. 33. Причем конструкции этих переходных фланцев имеют два исполнения: с балансировочной канавкой и без нее.

а б

Рис. 33. Фланцы переходные для крепления шлифовальных кругов с отверстием менее 51 мм с балансировкой (а) и без балансировки (б)

Крепление шлифовального круга на неподвижном фланце производится гайкой с мелкой резьбой. При этом во фланце с балансировочной канавкой гайка крепления расположена за кругом (со стороны шпинделя), а во фланце без балансировки – со стороны гайки крепления самого фланца. Следует обратить внимание на направления резьб на фланце и на шпинделе. Направления резьб противоположны направлению вращения шлифовального шпинделя при взгляде со стороны оператора станка. Во фланце с балансировочной канавкой резьба гайки крепления круга правая, все остальные резьбы левые.

Однофланцевое крепление без балансировки применяется только в тех случаях, когда дисбаланс масс незначительно влияет на процесс шлифования: для шлифовальных кругов диаметром до 200 мм и высотой до 20 мм при скорости резания не более 35 м/с, а также при относительно невысоких требованиях к шероховатости поверхности.

Некоторые современные конструкции шлифовальных кругов выполняются с наклеенными эластичными прокладками и запрессованной пластмассовой втулкой. Для таких кругов не требуются специальные прокладки (поз. 7 рис. 31). Пластмассовая втулка за счет уменьшенного диаметра базового отверстия и эластичности обеспечивает посадку с натягом на переходные фланцы, что частично уменьшает дисбаланс системы круг - фланцы.

Для внутреннего шлифованияиспользуются абразивные круги, диаметр которых в 1,5…2 раза меньше диаметра обрабатываемого отверстия. Крепление кругов во внутришлифовальном шпинделе производится на специальных оправках, как это показано на рис. 34.

Рис. 34. Способы крепления абразивных кругов при выполнении операций внутреннего шлифования на универсальных круглошлифовальных (а, б, в) и внутришлифовальных (г) станках: 1 - гайка; 2 - прокладки; 3 - шлифовальный круг; 4 - оправка; 5, 7 - шпиндели универсального круглошлифовального и внутришлифовального станков; 6 - оправка с наклеенным кругом (шлифовальный бор).

На рис. 34,а все элементы инструментальной оснастки расположены в последовательности их сборки, а на рис. 34,б - в собранном виде в шпинделе универсального круглошлифовального станка. Для шлифования отверстий малого диаметра применяются оправки с наклеенными абразивными кругами -шлифовальные боры (рис. 34, в), так как размещение элементов винтового или гаечного крепления на миниатюрных оправках становится проблематичным и нежестким.

Установка оправок в шпинделях универсальных круглошлифовальных станков с позиций теории базирования идентична схеме установки цанг с посадкой по конической и цилиндрической базам (с той лишь разницей, что внутришлифовальные оправки имеют резьбу для ввинчивания в шпиндель).

Специализированные внутришлифовальные станки могут иметь шпиндели с «традиционной» для шлифовальных станков конической базой по схеме «Р» (рис. 23), но без шпоночного паза. Такие станки оснащаются соответствующими оправками, один из вариантов которых показан на рис. 34, г.

В станках других групп, помимо перечисленных выше, используются типовые базы для установки режущих инструментов, перечисленные в таблице рис. 23, которые, естественно, могут иметь определенные особенности, оговариваемые в паспортах станков. Но во всех случаях учитываются основополагающие принципы теории базирования, изучаемые в курсе «Основы технологии машиностроения».