RU2146586C1

RU2146586C1 - Method of grinding

Info

Publication number: RU2146586C1
Application number: RU98113502A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Степанов; Б.И. Афонасьев; В.В. Бородин
Original assignee: Орловский государственный технический университет
Priority date: 1998-07-15
Filing date: 1998-07-15
Publication date: 2000-03-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: method relates to depth peripheral grinding of materials. Blanks are ground by means of wheel positioned at an angle to plane perpendicular to axis rotation. The wheel is secured loosely on spindle with the aid of flexible corrugated member for longitudinal reciprocation. Reciprocating motions are formed under effect of cutting force longitudinal component which occurs alternately on wheel end faces when the latter run onto blank surface being worked. The method allows to reduce worked surface roughness in 1.5-2 times and to increase grinding wheel stability up to 3 times as compared with traditional grinding. EFFECT: higher efficiency. 3 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к способам глубинного периферийного шлифования материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и трещин. The invention relates to methods for deep peripheral grinding of materials predisposed to defect formation in the form of burns and cracks.

Известна схема обработки, где используется сборный шлифовальный круг, выполненный в виде закрепленных на общем валу с осевым зазором один относительно другого и наклоненных к плоскости вращения абразивных дисков [1]. A known processing scheme, where a precast grinding wheel is used, is made in the form of abrasive disks fixed to a common shaft with an axial clearance relative to one another and inclined to the plane of rotation [1].

Недостатком известной схемы является сложность процесса обработки, так как при шлифовании широких поверхностей необходимо осуществление продольной и поперечной подач. При шлифовании же только с поперечной подачей места стыков дисков на обрабатываемой поверхности оставляют дефекты, что недопустимо. Кроме того, при шлифовании широких поверхностей увеличивается трение в зоне контакта круга с изделием, в результате самовозбуждаются вредные интенсивные колебания с частотой собственных изгибных колебаний либо изделия, либо шлифовального шпинделя с кругом. В связи с уменьшением устойчивости и возникновением такого рода вредных колебаний в процессе шлифования известным способом сборный шлифовальный круг быстро теряет свои режущие свойства, появляется повышенная шероховатость и образуются прижоги на обработанной поверхности. A disadvantage of the known scheme is the complexity of the processing process, since when grinding wide surfaces, longitudinal and transverse feeds are necessary. When grinding only with a transverse feed, the joints of the disks leave defects on the surface to be treated, which is unacceptable. In addition, when grinding wide surfaces, friction increases in the zone of contact between the wheel and the product, as a result of harmful intense vibrations with the frequency of their own bending vibrations of either the product or the grinding spindle with the wheel. Due to the decrease in stability and the occurrence of such harmful vibrations during the grinding process in a known manner, the assembled grinding wheel quickly loses its cutting properties, increased roughness appears and burns form on the treated surface.

В качестве прототипа выбран способ шлифования кругами, установленными под разными углами к плоскости, перпендикулярной общей оси вращения кругов, причем, размеры кругов выбирают из условия постоянства отношения площади рабочей поверхности каждого круга к площади, обрабатываемой поверхности, а угол α наклона выбирают из условия
α = arctg([a-h)/D_к],
где a - ширина ступени;
h - ширина соответствующего круга;
D_к - диаметр соответствующего круга [2].As a prototype, the method of grinding with wheels installed at different angles to a plane perpendicular to the general axis of rotation of the wheels was chosen, and the size of the wheels being chosen from the condition that the ratio of the working surface area of each wheel to the area being machined is constant, and the angle of inclination α was chosen from the condition
α = arctan ([ah) / D _k ],
where a is the width of the step;
h is the width of the corresponding circle;
D _to - the diameter of the corresponding circle [2].

Недостатком способа является невозможность выдерживания постоянства вышеназванного отношения из-за износа шлифовального круга и уменьшения его диаметра по мере переточек. При этом по мере износа круга необходимо постоянно изменять угол α наклона его, дабы обеспечить шлифование всей ширины "а" ступени. А это усложняет реализацию способа, ухудшает качество и снижает производительность. Кроме того, большой удельный расход энергии и мощности, требуемой для осуществления этого способа, делает его невыгодным. Задача изобретения - снижение теплонапряженности при повышенном съеме металла, повышение стойкости инструмента и производительности обработки с сохранением преимуществ процесса прерывистого шлифования, а также повышение виброустойчивости процесса и улучшения качества поверхности. Поставленная задача решается путем установки шлифовального круга под углом к плоскости, перпендикулярной оси вращения и крепления его на шпинделе подвижно с помощью упругого гофрированного элемента с возможностью продольных возвратно-поступательных перемещений, совершаемых под действием продольной составляющей силы резания, попеременно возникающей с торцов круга, при набегании торцов на обрабатываемую поверхность заготовки. The disadvantage of this method is the impossibility of maintaining the constancy of the above relationship due to wear of the grinding wheel and reducing its diameter as regrinding. In this case, as the circle wears out, it is necessary to constantly change the angle α of its inclination in order to ensure grinding of the entire width "a" of the step. And this complicates the implementation of the method, degrades the quality and reduces productivity. In addition, the large specific consumption of energy and power required for the implementation of this method makes it disadvantageous. The objective of the invention is to reduce heat stress with increased removal of metal, increasing tool life and processing productivity while maintaining the advantages of the intermittent grinding process, as well as increasing the vibration resistance of the process and improving surface quality. The problem is solved by installing the grinding wheel at an angle to the plane perpendicular to the axis of rotation and fastening it on the spindle movably using an elastic corrugated element with the possibility of longitudinal reciprocating movements made under the action of the longitudinal component of the cutting force that alternately arises from the ends of the wheel when running ends on the workpiece surface.

На фиг. 1 схематично изображено устройство для крепления шлифовального круга для осуществления предлагаемого способа шлифования; на фиг. 2 - развертка следа шлифовального круга на обрабатываемой поверхности заготовки и силы, дополнительно действующие на торец круга при продольном шлифовании; на фиг. 3 - развертка следа круга на обрабатываемой поверхности заготовки и силы, дополнительно действующие на торцы круга при поперечном шлифовании. In FIG. 1 schematically shows a device for attaching a grinding wheel for implementing the proposed grinding method; in FIG. 2 - scan of the trace of the grinding wheel on the workpiece surface and the forces additionally acting on the end face of the wheel during longitudinal grinding; in FIG. 3 - scan of the trace of the circle on the workpiece surface and the forces additionally acting on the ends of the circle during transverse grinding.

Процесс шлифования по предлагаемому способу ведут кругом 1, который закреплен под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения с помощью специального устройства. Оно состоит из корпуса 2, установленного на шпинделе станка, прижимных косых шайб 3 и 4, угол между торцами которых определяет угол α наклона круга к плоскости вращения, упругой втулки 5 с участками: скользящей посадки 6; прессовой посадки 7; упругой гофрированной части 8 резьбового участка с гайкой 9 для крепления шлифовального круга. The grinding process according to the proposed method is carried out by a circle 1, which is fixed at an angle α to a plane perpendicular to the axis of rotation using a special device. It consists of a housing 2 mounted on the spindle of the machine, clamping oblique washers 3 and 4, the angle between the ends of which determines the angle α of the inclination of the circle to the plane of rotation, the elastic sleeve 5 with sections: sliding landing 6; press fit 7; elastic corrugated part 8 of the threaded section with a nut 9 for attaching the grinding wheel.

Установка шлифовального круга под углом α к плоскости вращения и вызванное этим аксильное смещение режущего периферийного слоя приводит к возникновению дополнительной продольной составляющей силы резания Р_x при встречном движении, например, левого торца (см. фиг. 1) и заготовки, движущейся с продольной подачей S_пр. Причем, сила Р_x возникает и действует в продольном направлении в течении пол-оборота вращения шлифовального круга, когда левый торец его набегает на заготовку.The installation of the grinding wheel at an angle α to the plane of rotation and the resulting axial displacement of the cutting peripheral layer leads to the appearance of an additional longitudinal component of the cutting force P _x during oncoming movement, for example, the left end face (see Fig. 1) and the workpiece moving with a longitudinal feed S _pr Moreover, the force P _x arises and acts in the longitudinal direction during half a revolution of the grinding wheel, when its left end runs onto the workpiece.

За следующие пол-оборота круга, когда движение зоны резания в продольном направлении совпадает с Snp заготовки, продольная сила Р_x, действующая на левый торец, падает до нуля. Вышесказанное справедливо для процесса шлифования с продольной подачей (см. фиг.2), при этом упругий гофрированный элемент работает только на сжатие и круг получает продольные вибрационные перемещения в количестве, равном частоте вращения круга.Over the next half turn of the circle, when the movement of the cutting zone in the longitudinal direction coincides with the workpiece Snp, the longitudinal force P _x acting on the left end face drops to zero. The above is true for the grinding process with longitudinal feed (see figure 2), while the elastic corrugated element only works on compression and the circle receives longitudinal vibrational movements in an amount equal to the frequency of rotation of the wheel.

При шлифовании с поперечной подачей (см.фиг.3) продольная дополнительная сила Р_x попеременно возникает с торцов круга, при набегании торцов на обрабатываемую поверхность заготовки. В данном случае упругий элемент работает на сжатие и растяжение, при этом увеличивается величина продольных вибрационных перемещений А_пр в количестве, равном частоте вращения круга.When grinding with a transverse feed (see Fig. 3), the longitudinal additional force P _x alternately arises from the ends of the circle when the ends run onto the workpiece surface being machined. In this case, the elastic element works for compression and tension, while increasing the magnitude of the longitudinal vibrational displacements A _pr in an amount equal to the frequency of rotation of the circle.

Величина А_пр будет зависеть от конструктивных параметров упругой и гофрированной части 8 втулки 5, режимов резания - S_пр; S_t2x; и угла на клона круга.The value of A _pr will depend on the design parameters of the elastic and corrugated part 8 of the sleeve 5, the cutting conditions - S _pr ; S _t2x ; and the angle on the clone of the circle.

При подборе величины амплитуды А_пр продольных осевых колебаний необходимо учитывать среднее расстояние между выступами микронеровностей, сформированных абразивными зернами. Это повышает режущую способность и самозатачиваемость круга и значительно улучшает шероховатость обработанной поверхности, вследствие реализации принципа неповторимости следа, где каждое последующее абразивное зерно не попадает в риски-царапины, ранее прорезанные предыдущими зернами.When selecting the magnitude of the amplitude A _{pr of} longitudinal axial vibrations, it is necessary to take into account the average distance between the protrusions of the microroughness formed by abrasive grains. This increases the cutting ability and self-sharpening of the wheel and significantly improves the roughness of the treated surface, due to the principle of originality of the trace, where each subsequent abrasive grain does not fall into the risk-scratches previously cut by the previous grains.

Шлифовальный круг, подвижный осевым колебаниям, создает благоприятные для резания и трения кинематику относительного движения абразивных зерен круга и шлифуемой поверхности детали, сглаживает микронеровности и упрочняет поверхностный слой материала. A grinding wheel, movable to axial vibrations, creates kinematics of the relative motion of the abrasive grains of the wheel and the grinding surface of the part favorable for cutting and friction, smooths microroughnesses and strengthens the surface layer of the material.

Наложенные на вращательное движение круга колебания, направление которых совпадает с осью вращения круга, повышает виброустойчивость системы при обработке. В результате наложения рельеф обрабатываемой поверхности существенно улучшается, так как срезаются возникающие при шлифовании навалы и выступы шероховатости. Таким образом достигается улучшение качества обработанной поверхности не только за счет повышения устойчивости, но также и за счет благоприятной кинематики относительного движения круга и детали. Oscillations superimposed on the rotational movement of the circle, the direction of which coincides with the axis of rotation of the circle, increases the vibration resistance of the system during processing. As a result of the overlay, the relief of the machined surface is significantly improved, since the bulk and protrusions arising during grinding are cut off. Thus, an improvement in the quality of the machined surface is achieved not only by increasing stability, but also due to the favorable kinematics of the relative motion of the circle and the part.

Пример. Проводилась обработка отверстий втулки на внутришлифовальном станке мод. ЗК227В. Материал обрабатываемой заготовки - сталь 45 ГОСТ 1050-74 (НВ260), диаметр обрабатываемого отверстия 130 мм, режущий инструмент - абразивный круг ПВ 100х40х20 24А25ПС25К8А. Режимы обработки: скорость заготовки - 40,8 м/мин (100 об/мин), скорость вращения инструмента - 31,4 м/с, частота вращения инструмента - 6000 1/мин; глубина резания - 0,8 мм. Охлаждающая жидкость - эмульсия, обработку осуществляли за один проход. Для измерения вибраций технологической системы станок - приспособление - инструмент - заготовка использовалась низкочастотная виброизмерительная аппаратура НВА-1. Example. The bore holes were machined on the mod grinding machine. ZK227V. The material of the workpiece is steel 45 GOST 1050-74 (HB260), the diameter of the machined hole is 130 mm, the cutting tool is an abrasive wheel PV 100x40x20 24A25PS25K8A. Processing modes: workpiece speed - 40.8 m / min (100 rpm), tool rotation speed - 31.4 m / s, tool rotation speed - 6000 1 / min; cutting depth - 0.8 mm. Coolant - emulsion, processing was carried out in one pass. To measure the vibrations of the technological system, the machine tool - tool - tool - workpiece used low-frequency vibration measuring equipment NVA-1.

Были отмечены благоприятные условия резания, виброустойчивость, минимальный нагрев заготовки, хотя обработка проводилась при повышенной производительности съема металла, появление прижогов на обработанной поверхности зафиксировано не было. Шероховатость поверхности - Ra=0,63 мкм. Favorable cutting conditions, vibration resistance, minimal heating of the workpiece were noted, although processing was carried out with increased metal removal performance, the appearance of burns on the treated surface was not recorded. The surface roughness is Ra = 0.63 μm.

В процессе шлифования предложенным способом снижается шероховатость обработанной поверхности в 1,5-2 раза и повышается стойкость круга до 3 раз в сравнении с традиционным шлифованием. In the grinding process, the proposed method reduces the roughness of the treated surface by 1.5-2 times and increases the resistance of the wheel up to 3 times in comparison with traditional grinding.

Источники информации, принятые во внимание
1. Патент США N 1976233, кл.51-34, 1934.Sources of information taken into account
1. US patent N 1976233, CL 51-34, 1934.

2. Авторское свидетельство СССР N 1798123, кл. В 24 В 1/00, 1991 - прототип. 2. Copyright certificate of the USSR N 1798123, cl. 24V 1/00, 1991 - prototype.

Claims

The grinding method, in which the wheel is set at an angle to a plane perpendicular to the axis of rotation of the wheel, characterized in that the circle is informed of longitudinal reciprocating movements due to the longitudinal component of the cutting force that alternately arises from the ends of the wheel when they run onto the workpiece surface, for which the circle is mounted on the spindle using an elastic corrugated element.