RU2146587C1

RU2146587C1 - Method of grinding

Info

Publication number: RU2146587C1
Application number: RU98114278A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Степанов; Б.И. Афонасьев; В.В. Бородин
Original assignee: Орловский государственный технический университет
Priority date: 1998-07-24
Filing date: 1998-07-24
Publication date: 2000-03-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: method relates to grinding of materials difficult to work. Part is A part is rotated and given longitudinal feed, and working is performed by abrasive wheel installed at an angle to plane perpendicular to axis of rotation. Wheel is positioned on moving supporting flange capable of turning and axial oscillating motions along with wheel due to helical surface on body which carries supporting flange. Turning and axial oscillations of wheel are obtained due to longitudinal component of cutting force which occurs alternately on wheel end faces when wheel runs on margin to be removed from surface being worked. Method enhances stability and reduces level of vibrations. Excitation of turning and axial oscillations of wheel without oscillations of spindle extends service life of its supports and does not require auxiliary drives, vibrators and considerable consumption of electric power. EFFECT: improved quality of worked surface. 1 ex, 3 dwg

Description

Изобретение относится к обработке шлифованием труднообрабатываемых, склонных к дефектообразованиям материалов периферией круга. The invention relates to grinding processing of hard-to-work materials prone to defect formation by the periphery of the circle.

Известен способ шлифования, в процессе которого сообщают крутильные колебания шлифовальному кругу на шпинделе вокруг оси вращения, что повышает устойчивость и улучшает показатели обработки [1]. Недостатком способа является существование зон пониженной виброустойчивости процесса шлифования и особенно при сообщении кругу колебаний малой амплитуды с частотой, меньшей резонансной частоты изгибных колебаний круга на шпинделе, а также меньше частоты свободных колебаний детали с приспособлением. Кроме того, использование такого способа сложно при большой массе круга и шпинделя, так как для возбуждения колебаний требуется большой расход энергии, устройство, его реализующее, имеет большие габариты. Сообщение вибраций шлифовальному кругу на шпинделе снижает долговечность его опор. A known method of grinding, in which torsional vibrations are reported to the grinding wheel on the spindle around the axis of rotation, which increases stability and improves processing performance [1]. The disadvantage of this method is the existence of zones of reduced vibration resistance of the grinding process, and especially when the circle is informed of small amplitude vibrations with a frequency lower than the resonant frequency of the bending vibrations of the circle on the spindle, and also less than the frequency of free vibrations of the part with the device. In addition, the use of this method is difficult with a large mass of the circle and the spindle, since the excitation of oscillations requires a large expenditure of energy, the device that implements it has large dimensions. Vibration to the grinding wheel on the spindle reduces the durability of its bearings.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ шлифования периферией абразивного круга, который включает его вращение, сообщение подачи и колебаний детали вдоль оси вращения круга [2]. Closest to the invention in technical essence is a method of grinding the periphery of an abrasive wheel, which includes its rotation, the message feed and vibrations of the part along the axis of rotation of the circle [2].

Однако осевые колебания (осцилляция) снижают шероховатости обработанной поверхности в начальный период обработки, повышают износ и затупление абразивных зерен, что способствует повышению сил обработки и развитию автоколебаний, уменьшается стойкость абразивного инструмента, ухудшается качество обработанной поверхности и снижается производительность. However, axial vibrations (oscillations) reduce the roughness of the treated surface in the initial period of processing, increase wear and dullness of abrasive grains, which contributes to an increase in machining forces and the development of self-oscillations, the resistance of the abrasive tool decreases, the quality of the processed surface deteriorates and productivity decreases.

Задачей изобретения является повышение виброустойчивости процесса шлифования, качества обработанной поверхности и производительности обработки. The objective of the invention is to increase the vibration resistance of the grinding process, the quality of the processed surface and processing performance.

Поставленная задача решается с помощью способа шлифования, при котором детали сообщают вращение и продольную подачу, а обработку ведут абразивным кругом, который устанавливается под углом к плоскости, перпендикулярной оси вращения, причем круг размещают на подвижном опорном фланце, имеющем возможность вместе с кругом совершать крутильные и осевые колебательные движения, благодаря винтовой поверхности на корпусе, на котором размещен опорный фланец, при этом возбуждение крутильных и осевых колебаний круга осуществляется за счет продольной составляющей силы резания, попеременно возникающей с торцов круга, при набегании последнего на снимаемый с обрабатываемой поверхности припуск. The problem is solved using the grinding method, in which the parts communicate rotation and longitudinal feed, and the treatment is carried out with an abrasive wheel, which is set at an angle to a plane perpendicular to the axis of rotation, and the wheel is placed on a movable support flange, which is able to perform torsional and axial oscillatory movements, thanks to the helical surface on the housing on which the support flange is located, while the excitation of torsional and axial oscillations of the circle is carried out due to the longitudinal hydrochloric component cutting forces occurring alternately with the ends of the range at clash of the latter on the removable allowance from the work surface.

Сущность предлагаемого способа шлифования поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен шлифовальный круг, закрепленный в устройстве, возбуждающем крутильные и осевые колебания; на фиг. 2 и 3 схематично изображены положения круга и действие продольной составляющей силы резания P_x соответственно на левый и правый торцы абразивного круга.The essence of the proposed grinding method is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a grinding wheel mounted in a device that excites torsional and axial vibrations; in FIG. 2 and 3 schematically depict the position of the wheel and the action of the longitudinal component of the cutting force P _x respectively on the left and right ends of the abrasive wheel.

Процесс шлифования по предлагаемому способу осуществляют абразивным кругом 1, установленным на корпусе 2, через опорный фланец 3, которые сопрягаются друг с другом по винтовой поверхности. Крепление круга 1 осуществляется под углом к плоскости, перпендикулярной оси вращения, благодаря косому торцу опорного фланца с помощью косой шайбы 4 и гайки 5. Для демпфирования и ограничения осевого перемещения опорного фланца к торцам корпуса прикреплены упругие резиновые шайбы 6 с помощью колец 7 и болтов 8. The grinding process according to the proposed method is carried out by an abrasive wheel 1 mounted on the housing 2, through the support flange 3, which mate with each other on a helical surface. The circle 1 is fastened at an angle to the plane perpendicular to the axis of rotation, due to the oblique end face of the support flange using an oblique washer 4 and nut 5. To dampen and limit the axial movement of the support flange, elastic rubber washers 6 are attached to the ends of the housing using rings 7 and bolts 8 .

Установленный под углом к плоскости, перпендикулярной оси вращения, круг с аксиально смещенным режущим периферийным слоем при работе подвергается воздействию дополнительной продольной составляющей силы резания P_x, попеременно возникающей и действующей на левый (фиг.2) и правый (фиг. З) торцы при набегании последних на снимаемый припуск заготовки. Причем сила P_x возникает и действует в осевом направлении в течение пол-оборота вращения круга, кроме того, за первую четверть оборота она возрастает от нуля до какого-то P_x _max - максимального значения, за вторую - убывает с P_x _max до 0. За следующие пол-оборота сила P_x возникает и действует в осевом направлении с другого торца круга.Installed at an angle to a plane perpendicular to the axis of rotation, a circle with an axially displaced cutting peripheral layer during operation is exposed to an additional longitudinal component of the cutting force P _x , which alternately arises and acts on the left (Fig. 2) and right (Fig. 3) end faces last on the removed stock allowance. Moreover, the force P _x arises and acts in the axial direction during a half-turn of the circle, in addition, in the first quarter of the revolution it increases from zero to some P _x _max - the maximum value, in the second - decreases from P _x _max to 0 Over the next half turn, the force P _x arises and acts axially from the other end of the circle.

Таким образом, сочетание действия продольной дополнительной составляющей силы резания P_x и винтового сопряжения опорного фланца и круга с корпусом представляет собой возбудитель крутильных колебаний и осевых, направление последних совпадает с осью вращения круга, частота колебаний равна частоте вращения шпинделя. Известно, что при сообщении кругу крутильных колебаний с частотой, превышающей низшую собственную частоту изгибных колебаний шпинделя, наступает асинхронное гашение автоколебаний. При этом создается благоприятная для резания и трения кинематика относительного движения абразивных зерен и шлифуемой поверхности детали, сглаживание микронеровностей и упрочнение поверхностного слоя материала.Thus, the combination of the action of the longitudinal additional component of the cutting force P _x and the screw coupling of the support flange and the circle with the body is a causative agent of torsional and axial vibrations, the direction of the latter coincides with the axis of rotation of the circle, the oscillation frequency is equal to the spindle speed. It is known that when a torsional vibration is communicated to a circle with a frequency exceeding the lowest natural frequency of the bending vibrations of the spindle, asynchronous damping of self-oscillations occurs. This creates a kinematics favorable for cutting and friction of the relative motion of the abrasive grains and the surface to be grinded, smoothing of microroughnesses and hardening of the surface layer of the material.

Наложение на крутильные колебания круга дополнительно колебаний, направление которых совпадает с осью вращения круга, повышает виброустойчивость системы при обработке. The imposition of additional oscillations on the torsional vibrations 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.

Наряду с этим круг в контакте с деталью совершает колебания в двух направлениях: тангенциальном и осевом с заданной частотой. Эти колебания обуславливают относительные перемещения абразивных зерен круга и шлифуемой поверхности в плоскости шлифования. В результате наложения такого движения на относительное окружное движение круга и детали рельеф обрабатываемой поверхности существенно улучшается, так как срезаются возникающие при шлифовании выступы шероховатости и микронеровности. Along with this, the circle in contact with the part oscillates in two directions: tangential and axial with a given frequency. These vibrations determine the relative displacements of the abrasive grains of the wheel and the surface being grinded in the grinding plane. As a result of superimposing such a movement on the relative circumferential movement of the circle and the detail, the relief of the surface being machined is significantly improved, since the protrusions of roughness and microroughness that arise during grinding are cut off.

Таким образом, достигается улучшение качества обработанной поверхности не только за счет повышения устойчивости и снижения уровня вибраций, но также и за счет благоприятной кинематики относительного движения круга с аксиально-смещенным режущим слоем и детали. Thus, an improvement in the quality of the machined surface is achieved not only by increasing stability and lowering the level of vibration, but also due to the favorable kinematics of the relative motion of the wheel with an axially offset cutting layer and part.

Возбуждение данных крутильных и осевых колебаний круга без колебаний шпинделя не снижает долговечности его опор, не требует дополнительных приводов, вибраторов и большого расхода электроэнергии. Excitation of these torsional and axial oscillations of the circle without oscillations of the spindle does not reduce the durability of its bearings, does not require additional drives, vibrators and high power consumption.

Пример. Испытания проведены для реальных отверстий диаметром 125 мм втулок из легированной стали 40Х, закаленной до HRC52 шлифовальным кругом ПВ 24А25ПСТ25К8А 35 м/с 100х63х20. Подача на глубину - 0,004 мм/дв.ход. Обработку производили на внутришлифовальном станке мод. ЗК228 при скорости вращения круга 31,4 м/с (6000 об/мин) и заготовки 39 м/мин (100 об/мин). Охлаждающая жидкость - эмульсия. Для измерения вибраций технологической системы использовалась низкочастотная виброизмерительная аппаратура НВА - 1. Были отмечены благоприятные условия резания, виброустойчивость. Благодаря наклону круга и осцилляции зоны резания отмечен минимальный нагрев заготовки, хотя подача на глубину на двойной ход была завышена в 1,5 раза, а твердость круга - на две степени, появление прижогов на обработанной поверхности зафиксировано не было. Шероховатость улучшилась на один класс. Example. The tests were carried out for real holes with a diameter of 125 mm bushings of alloy steel 40X, hardened to HRC52 with a grinding wheel PV 24A25PST25K8A 35 m / s 100x63x20. Depth feed - 0.004 mm / dv.hod. Processing was carried out on a mod grinding machine. ZK228 with a circle rotation speed of 31.4 m / s (6000 rpm) and a workpiece of 39 m / min (100 rpm). Coolant - emulsion. To measure the vibrations of the technological system, low-frequency vibration measuring equipment NVA-1 was used. Favorable cutting conditions and vibration resistance were noted. Due to the inclination of the circle and the oscillation of the cutting zone, the minimum heating of the workpiece was noted, although the depth feed was doubled by 1.5 times and the hardness of the circle by two degrees, the appearance of burns on the treated surface was not recorded. The roughness improved by one grade.

Источники информации
1. Авт. св. СССР N553090, кл. B 24 B 1/00, 1975.Sources of information
1. Auth. St. USSR N553090, class B 24 B 1/00, 1975.

2. Филоненко В.Н., Дунаева Н.П. Алмазное глубинное шлифование с наложением ультразвуковых колебаний на обрабатываемое изделие. - В кн.: "Передовые методы применения ультразвука в технологических процессах обработки металлов в машиностроении". Тезисы докладов Всесоюзного Совещания. М., 1970. С. 34 - прототип. 2. Filonenko V.N., Dunaeva N.P. Diamond deep grinding with the application of ultrasonic vibrations on the workpiece. - In the book: "Advanced methods of applying ultrasound in technological processes of metal processing in mechanical engineering." Theses of reports of the All-Union Conference. M., 1970. S. 34 - prototype.

Claims

A grinding method in which the parts communicate rotation and longitudinal feed, and the abrasive wheel rotates, characterized in that the abrasive wheel is set at an angle to a plane perpendicular to the axis of rotation, and it is provided with torsional and axial vibrational motions excited by the longitudinal component of the cutting force, alternately arising from the ends of the circle when the latter runs onto an allowance removed from the surface to be treated, for which the circle is placed on a movable support flange mounted on the screw surface of the housing.