RU2121914C1 - Grinding spindle assembly - Google Patents

Grinding spindle assembly Download PDF

Info

Publication number
RU2121914C1
RU2121914C1 RU97122189A RU97122189A RU2121914C1 RU 2121914 C1 RU2121914 C1 RU 2121914C1 RU 97122189 A RU97122189 A RU 97122189A RU 97122189 A RU97122189 A RU 97122189A RU 2121914 C1 RU2121914 C1 RU 2121914C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
shaft
support
distance
deflection
cutting layer
Prior art date
Application number
RU97122189A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97122189A (en
Inventor
Ю.С. Степанов
Н.Н. Самойлов
А.Н. Дерли
Б.И. Афонасьев
И.И. Гончаров
Е.Т. Кобяков
Original Assignee
Орловский государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Орловский государственный технический университет filed Critical Орловский государственный технический университет
Priority to RU97122189A priority Critical patent/RU2121914C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2121914C1 publication Critical patent/RU2121914C1/en
Publication of RU97122189A publication Critical patent/RU97122189A/en

Links

Images

Landscapes

  • Grinding Of Cylindrical And Plane Surfaces (AREA)

Abstract

FIELD: machining of bodies of revolution by abrasive tool with axially shifted cutting layer, applicable in designing, manufacture and use of grinding, buffing, lapping and finishing machines and appliances. SUBSTANCE: grinding spindle assembly has shaft 3 installed in fixed poppet sleeve 1 on two radial supports 4 and 5, the distance between them is l, and abrasive wheel 6 with axially shifted cutting layer supported as a cantilever on the shaft on the side of front support 5 at an angle to the plane of rotation, and driven pulley on the other side. Besides, the shaft is furnished with support 7 oscillating synchronously to axially shifted cutting layer, support 7 is positioned at distance Xmax=0.42265l from front support 5' in the point of maximum deflection of shaft axis; the value of oscillation of support 7 is the distance between point Xmax and point Xmin of minimum deflection on the axis with maximum deflection nearest to front support 5. EFFECT: enhanced reliability, durability and quality of machined parts by decreasing alternating dynamic loads due to installation of an additional oscillating support operating in points of equal shaft deflection. 3 dwg

Description

Изобретение касается обработки тел вращения абразивным инструментом с аксиально смещенным режущим слоем (АРС) и может быть использовано при проектировании, изготовлении и эксплуатации шлифовальных, полировальных, доводочных и отделочных станков и приспособлений. The invention relates to the processing of bodies of revolution by an abrasive tool with an axially offset cutting layer (APC) and can be used in the design, manufacture and operation of grinding, polishing, finishing and finishing machines and devices.

Известен шпиндель высокоскоростного шлифовального станка, выполненный в виде ротора, установленного в двух подшипниковых опорах, и приводимый во вращение шкивом от электродвигателя через ременную передачу, у которого одна из подшипниковых опор выполнена упругой, а другая - шарнирной, над последней установлен шкив так, что усилие натяжения ремня проходит через ее центр [1]. The spindle of a high-speed grinding machine is known, made in the form of a rotor mounted in two bearing bearings, and driven into rotation by a pulley from an electric motor through a belt drive, in which one of the bearing bearings is made elastic and the other is articulated, a pulley is mounted above the latter so that the force belt tension passes through its center [1].

Недостатками известного шпинделя являются снижение срока службы, ухудшение качества шлифования и увеличение вибраций при использовании шлифовальных кругов с аксиально смещенным режущим слоем, работающих в условиях циклически перемещающейся в осевом направлении радиальной нагрузки. The disadvantages of the known spindle are reduced service life, deterioration in grinding quality and increased vibration when using grinding wheels with an axially offset cutting layer, operating under conditions of a radial load cycling in the axial direction.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является узел шпинделя шлифовального станка, содержащий неподвижную пиноль, вал, установленный на опорах в пиноли, и закрепленные консольно с разных сторон на валу ведомый шкив и абразивный круг, при этом вал снабжен маховиком, закрепленным на консоли между абразивным кругом и опорой, причем центр массы маховика расположен в плоскости этой опоры на оси вращения вала [2]. Closest to the invention in technical essence is a spindle assembly of a grinding machine, comprising a fixed quill, a shaft mounted on bearings in the quill, and a driven pulley and an abrasive wheel fixed to the shaft from different sides on the shaft, while the shaft is equipped with a flywheel fixed to the console between the abrasive circle and support, and the center of mass of the flywheel is located in the plane of this support on the axis of rotation of the shaft [2].

Недостатками известного узла также являются снижение надежности и долговечности, ухудшение качества обрабатываемых изделий шлифовальными кругами с аксиально смещенным режущим слоем, работающих в условиях циклически перемещающейся в осевом направлении радиальной динамически неуравновешенной нагрузки, вызывающей вибрации. The disadvantages of the known site are also a decrease in reliability and durability, deterioration in the quality of the processed products by grinding wheels with an axially displaced cutting layer, operating under conditions of a radially dynamically unbalanced load cyclically moving in the axial direction, causing vibration.

Задача изобретения - повышение надежности, долговечности и улучшение качества обрабатываемых изделий путем уменьшения переменных динамических нагрузок благодаря установке дополнительной осциллирующий опоры, работающей в местах равного прогиба вала. The objective of the invention is to increase reliability, durability and improve the quality of the processed products by reducing variable dynamic loads due to the installation of additional oscillating bearings, working in places of equal deflection of the shaft.

Поставленная задача решается благодаря применению узла шлифовального шпинделя, содержащего вал, установленный в неподвижной пиноли на двух радиальных опорах, расстояние между которыми l, и закрепленные консольно на валу со стороны передней опоры под углом к плоскости вращения абразивный круг с аксиально смещенным режущим слоем, а с другой стороны ведомый шкив, кроме того, вал снабжен осциллирующей синхронно аксиально смещенному режущему слою круга опорой, размещенной на расстоянии Xmax=0,42265•l от передней опоры - в месте максимального прогиба оси вала, причем величина осцилляции опоры есть расстояние между точками Xmax и ближайшей к передней опоре точкой минимального прогиба на оси с максимальным прогибом.The problem is solved through the use of a grinding spindle assembly containing a shaft mounted in a fixed quill on two radial bearings, the distance between which l, and mounted on the shaft from the front support at an angle to the plane of rotation with an axially offset cutting layer mounted cantileverly, and with on the other hand, the driven pulley, in addition, the shaft is equipped with a support oscillating synchronously to the axially displaced cutting layer of the circle, located at a distance of X max = 0.42265 • l from the front support - at the maximum bending of the shaft axis, and the magnitude of the support oscillation is the distance between the points X max and the point of minimum deflection closest to the front support on the axis with maximum deflection.

На фиг. 1 изображена схема нагружения циклически действующей силой резания и прогибы оси вала; на фиг. 2 - предлагаемый узел в сборе, осевое сечение; на фиг. 3 - осциллирующая опора, выполненная в виде шарикоподшипника с аксиальным смещением наружной канавки внутреннего кольца. In FIG. 1 shows a loading diagram of a cyclically acting cutting force and deflection of the shaft axis; in FIG. 2 - the proposed assembly, axial section; in FIG. 3 - oscillating support, made in the form of a ball bearing with axial displacement of the outer groove of the inner ring.

Узел шлифовального шпинделя содержит пиноль 1, ведомый шкив 2, вал 3, установленный на подшипниках 4 и 5, абразивный круг 6, закрепленный на валу 3 под углом α к плоскости вращения, и осциллирующую опору 7. The grinding spindle assembly comprises a pinol 1, a driven pulley 2, a shaft 3 mounted on bearings 4 and 5, an abrasive wheel 6 mounted on the shaft 3 at an angle α to the plane of rotation, and an oscillating support 7.

В зоне резания при контакте с обрабатываемой заготовкой 8 аксиально смещенного режущего слоя шлифовального круга 6 возникает сила резания Pz, осциллирующая в осевом направлении с амплитудой Ak. Расстояние Ci от передней опоры 5 до места действия Pz будет циклически изменяться
Ci = Cmin + Ak/2 - (D•tgα•sinωt)/2,
где
Cmin - минимальное расстояние от передней опоры до места действия силы резания Pz;
D - диаметр круга;
ω - угловая частота вращения вала;
t - время.
In the cutting zone in contact with the workpiece 8 of the axially displaced cutting layer of the grinding wheel 6, a cutting force P z arises that oscillates in the axial direction with an amplitude A k . The distance C i from the front support 5 to the place of action P z will cyclically change
C i = C min + A k / 2 - (D • tgα • sinωt) / 2,
Where
C min - the minimum distance from the front support to the place of action of the cutting force P z ;
D is the diameter of the circle;
ω is the angular frequency of rotation of the shaft;
t is time.

В передней опоре 5 будет действовать приведенный переменный момент
M5 = Pz•Ci = Pz[Cmin + Ak/2 - (D•tgα•sinωt)/2],
вызывающий переменный прогиб fi с углом поворота φ оси вала, которые определяются по известным формулам

Figure 00000002

где
X - текущая координата;
B - модуль упругости материала вала;
Figure 00000003
осевой момент инерции сечения вала: Ix = πd4/64;
d - диаметр вала.In the front support 5, the reduced alternating moment will act
M 5 = P z • C i = P z [C min + A k / 2 - (D • tgα • sinωt) / 2],
causing variable deflection f i with a rotation angle φ of the shaft axis, which are determined by known formulas
Figure 00000002

Where
X is the current coordinate;
B is the elastic modulus of the shaft material;
Figure 00000003
axial moment of inertia of the shaft section: I x = πd 4/64;
d is the diameter of the shaft.

Figure 00000004

l - расстояние между 4 и 5 опорами.
Figure 00000004

l is the distance between 4 and 5 supports.

Подставляя значение φo угла поворота оси вала в формулу, определяющую прогиб, получим

Figure 00000005

Известно, что угол поворота оси вала есть первая производная прогиба, определим φ
Figure 00000006

Но так как максимальный прогиб оси вала будет в точке, где φ = 0, определим значение X максимального прогиба
X2 - 2lX + (2/3) l2 = 0, т.е. X = 0,42265•l.Substituting the value of φ o the angle of rotation of the shaft axis in the formula that defines the deflection, we obtain
Figure 00000005

It is known that the angle of rotation of the shaft axis is the first derivative of the deflection, we define φ
Figure 00000006

But since the maximum deflection of the shaft axis will be at the point where φ = 0, we determine the value X of the maximum deflection
X 2 - 2lX + (2/3) l 2 = 0, i.e. X = 0.42265 • l.

При этом максимальный прогиб

Figure 00000007

При подстановке значений Cmin и Cmax определим максимальные прогибы f Cmin max и f Cmax max в крайних положениях шлифовального круга. Из вышеприведенного видно, что под воздействием осциллирующей в осевом направлении силы резания Pz ось вала изгибается с переменной величиной максимального прогиба на расстоянии X = 0,42265l от передней опоры 5.In this case, the maximum deflection
Figure 00000007

When substituting the values of C min and C max define the maximum deflections f Cmin max and f Cmax max in extreme positions of the grinding wheel. From the above it is seen that under the influence of the cutting force oscillating in the axial direction P z, the shaft axis bends with a variable maximum deflection at a distance X = 0.42265l from the front support 5.

Определим Xmin местоположение прогиба

Figure 00000008
на оси вала при максимальном прогибе, когда круг находится в положении Cmax, путем подстановки известных значений
Figure 00000009
и Cmax в формулу fi (см. выше)
Figure 00000010

Figure 00000011

Приводим к канонической форме и вводим обозначение постоянной величины.Define X min deflection location
Figure 00000008
on the shaft axis with maximum deflection when the circle is in the C max position, by substituting known values
Figure 00000009
and C max in the formula f i (see above)
Figure 00000010

Figure 00000011

We bring to the canonical form and introduce the designation of a constant value.

X3 - 3l•X2 + 2l2•X + a = 0,
где

Figure 00000012
тогда
Xmin = [((27•a2 - 4l6)1/2 - 271/2•a)2/3 + ((27a2 - 4l6)1/2 - 271/2•a)1/3 • 31/6 • 61/3 • l + 31/3 • 62/3 • l2]/[(3(27a2 - 4l6)1/2 - 271/2•a)1/3 • 31/6 • 61/3].X 3 - 3l • X 2 + 2l 2 • X + a = 0,
Where
Figure 00000012
then
X min = [((27 • a 2 - 4l 6 ) 1/2 - 27 1/2 • a) 2/3 + ((27a 2 - 4l 6 ) 1/2 - 27 1/2 • a) 1 / 3 • 3 1/6 • 6 1/3 • l + 3 1/3 • 6 2/3 • l 2 ] / [(3 (27a 2 - 4l 6 ) 1/2 - 27 1/2 • a) 1 / 3 • 3 1/6 • 6 1/3 ].

Если установить осциллирующую с амплитудой A0 = Xmax - Xmin опору 7 синхронно аксиально смещенному режущему слою круга и осевому смещению Pz, где вал будет испытывать постоянные прогибы на всем цикле, то опора 7, стремясь возвратить вал в нейтральное положение, будет подвергнута воздействию постоянного момента. При этом не возникают вибрации и повышается надежность и срок службы работы узла.If we establish an oscillating support with amplitude A 0 = X max - X min, the support 7 is synchronously axially displaced by the cutting layer of the wheel and the axial displacement P z , where the shaft will experience constant deflections throughout the cycle, then the support 7, trying to return the shaft to a neutral position, will be subjected exposure to a constant moment. This does not cause vibration and increases the reliability and service life of the unit.

Пример: На модернизированном плоскошлифовальном станке модели 3П722 шлифуется плоская поверхность корпуса. Припуск на сторону h=0,35 мм Ra=1,25 мкм. Материал заготовки - сталь 45XH закаленная, твердостью HRC 50. Example: On a modernized model 3P722 surface grinding machine, the flat surface of the body is ground. The allowance on the side h = 0.35 mm Ra = 1.25 μm. The workpiece material is hardened steel 45XH, hardness HRC 50.

Выбираем шлифовальный круг ПП 14А25ПСМ27К1А 35 м/с Dk = 450 мм Bk = 80 мм.We choose a grinding wheel ПП 14А25ПСМ27К1А 35 m / s D k = 450 mm B k = 80 mm.

Устанавливаем его под углом α = 5o, при этом амплитуда наклонного круга - Ак = 40 мм.We set it at an angle α = 5 o , while the amplitude of the inclined circle - And to = 40 mm

При назначенных режимах резания:
nk = 1500 мин-1; Vk = 35 м/с; V3 = 16 м/мин; So = 32 мм/ход стола; Stx = 0,015 мм (на реверс шлифовальной бабки); мощность на резание Nрез = 8,65 кВт, а сила Pz = (1020 • 60 • Nрез)/Vk = 250H.
With the assigned cutting modes:
n k = 1500 min -1 ; V k = 35 m / s; V 3 = 16 m / min; S o = 32 mm / table stroke; S tx = 0.015 mm (on the reverse of the grinding head); cutting power N res = 8.65 kW, and the force P z = (1020 • 60 • N res ) / V k = 250H.

Определим максимальный прогиб оси вала при длине консоли крепления шлифовального круга C = 100 мм; расстоянии между опорами l = 300 мм; d = 30 мм, в крайних положениях Cmin = 80 мм, Cmax = 120 мм. Материал вала Сталь50 с E = 2,1•105 МПа.Determine the maximum deflection of the shaft axis with the length of the console mounting the grinding wheel C = 100 mm; distance between supports l = 300 mm; d = 30 mm, in extreme positions C min = 80 mm, C max = 120 mm. Shaft material Steel 50 with E = 2.1 • 10 5 MPa.

Figure 00000013
-0,0138 мм
Figure 00000014
-0,0208 мм
Максимальный прогиб
Figure 00000015
оси вала будет на расстоянии Xmax = 0,42265•l = 0,1268 м от передней опоры.
Figure 00000013
-0.0138 mm
Figure 00000014
-0.0208 mm
Maximum deflection
Figure 00000015
the axis of the shaft will be at a distance of X max = 0.42265 • l = 0.1268 m from the front support.

Определим Xmin расстояние от передней опоры до прогиба

Figure 00000016
на оси вала, когда круг в положении Cmax : Xmin = 0,0505 м
Тогда величина амплитуды Ao осциллирующей опоры будет равна Ao = 0,1268 - 0,0505 = 0,0763 м.Define X min the distance from the front support to the deflection
Figure 00000016
on the axis of the shaft when the circle in position C max : X min = 0,0505 m
Then the amplitude A o of the oscillating support will be equal to A o = 0.1268 - 0.0505 = 0.0763 m.

Особенно эффективно влияние дополнительной осциллирующей опоры 7 на уменьшение отклонения оси вала под действием пульсирующего переменного приведенного момента M5 на опоре 5 при больших величинах Ak осцилляции круга.Particularly effective impact additional oscillating support 7 to reduce deflection of the shaft axis under the action of a pulsating alternating reduced moment M 5 on the support 5 at large values of A k circle oscillation.

Таким образом, предлагаемый узел обладает повышенной долговечностью вследствие уменьшения переменных динамических нагрузок благодаря установке осциллирующей опоры, работающей в местах равного прогиба вала, а также позволяет повысить качество обработанной поверхности. Thus, the proposed site has increased durability due to the reduction of variable dynamic loads due to the installation of an oscillating support, working in places of equal deflection of the shaft, and also improves the quality of the processed surface.

Claims (1)

Узел шлифовального шпинделя, содержащий вал, установленный в неподвижной пиноли на двух радиальных опорах, расположенных на расстоянии l, и закрепленные консольно на валу со стороны передней опоры абразивный круг, а с другой стороны - ведомый шкив, отличающийся тем, что абразивный круг закреплен на валу под углом к плоскости вращения с образованием аксиально смещенного режущего слоя, а вал снабжен осциллирующей синхронно аксиально смещенному режущему слою круга опорой, размещенной на расстоянии Xmax = 0,42265l от передней опоры в месте максимального прогиба оси вала, причем величина осцилляции опоры равна разности расстояния Xmax и расстояния Xmin от передней опоры ближайшей к ней точки минимального прогиба на оси с максимальным прогибом.A grinding spindle assembly comprising a shaft mounted in a fixed quill on two radial bearings located at a distance l and cantilevered on the shaft from the front support side by an abrasive wheel, and on the other hand, a driven pulley, characterized in that the abrasive wheel is mounted on the shaft at an angle to the plane of rotation axially offset to form a cutting layer, and the shaft is provided with a synchronously oscillating axial displacement of the cutting wheel support layer placed at a distance X max = 0,42265l from the front pillar in place maxim nogo deflection axis of the shaft, wherein the support is equal to the magnitude difference of the oscillation distance X max X min and the distance from the front pillar nearest point thereto on the minimum deflection axis with maximum deflection.
RU97122189A 1997-12-31 1997-12-31 Grinding spindle assembly RU2121914C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97122189A RU2121914C1 (en) 1997-12-31 1997-12-31 Grinding spindle assembly

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97122189A RU2121914C1 (en) 1997-12-31 1997-12-31 Grinding spindle assembly

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2121914C1 true RU2121914C1 (en) 1998-11-20
RU97122189A RU97122189A (en) 1999-10-10

Family

ID=20200828

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97122189A RU2121914C1 (en) 1997-12-31 1997-12-31 Grinding spindle assembly

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2121914C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1853866B (en) Hand tool with a wobble drive
US6336849B1 (en) Grinding spindle
US6454638B2 (en) Machine for grinding cylindrical bearing surfaces on parts using an abrasive belt
JP3519050B2 (en) Apparatus in a tool holding assembly for axially moving a rotatable shaft
RU2121914C1 (en) Grinding spindle assembly
US20040219866A1 (en) Method and apparatus for forming grooves on a workpiece and for dressing a grindstone used in the groove formation
JP3408822B2 (en) Internal polishing machine
US3470754A (en) Balanced vibratory mechanism
EP0197457B1 (en) High-speed spindle
SU1606317A1 (en) Spindle unit for grinder
US5187900A (en) Auxiliary device for a machine tool
RU2212309C2 (en) Device for vibration cutting
RU2042494C1 (en) Device for finishing planes
SU1764965A1 (en) Machine tool for double-side finish machining
SU570479A1 (en) Vibroinsulated spindle unit
JP2012066326A (en) Film lapping device, outside joint member of constant velocity universal joint, hub ring of wheel bearing device, and film lapping method
RU2146587C1 (en) Method of grinding
JP2855795B2 (en) Driving method and driving device for super-finish vibration device
SU1664520A1 (en) Device for abrasive machining
RU2164853C1 (en) Device for abrasive machining with torsional-axial vibrations
SU956245A2 (en) Grinding head
JP3498998B2 (en) Multifunctional polishing equipment
JPS5981055A (en) Honing device
FI78855C (en) Device for magnetic grinding.
RU2366561C1 (en) Device for shaft pulsed surface hardening