RU2151679C1

RU2151679C1 - Intermittent grinding method

Info

Publication number: RU2151679C1
Application number: RU98113503A
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: 2000-06-27

Abstract

FIELD: depth peripheral grinding of materials having tendency to occurring flaws such as burnouts and cracking. SUBSTANCE: method comprises steps of mounting grinding wheel by angle α relative to rotation plane for creating axially shifted cutting layer; imparting rotation to grinding wheel and moving it relative to ground article. In order to perform rough, finish grinding and dwelling, grinding wheel is mounted onto elastic member with articulation joint. When end of grinding wheel runs against article at providing mutually opposite oscillation directions of axially shifted cutting layer of grinding wheel and lengthwise feed of article, rough grinding is performed. Finish grinding is realized when grinding wheel is arranged in position with angle α equal to zero and dwelling is realized when angle α is equal to (-α). In description of invention there is formula for calculating value of inclination angle α. EFFECT: improved removal of material and chipping due to applying upon grinding process normal oscillations for complete suppression of self-oscillations, enhanced quality and efficiency of grinding, lowered energy consumption for cutting and friction. 3 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к глубинному периферийному шлифованию материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и трещин. The invention relates to deep peripheral grinding of materials susceptible to defect formation in the form of burns and cracks.

Известна схема периферийного шлифования инструментом, выступы которого выполнены с убыванием зернистости от фронтальной части к тыльной /1/. Схема позволяет осуществить послойный съем припуска и совместить черновые и чистовые проходы, что повышает производительность и одновременно на 25-40% снижает теплонапряженность процесса шлифования. A known scheme of peripheral grinding with a tool, the protrusions of which are made with decreasing grain size from the front to the back / 1 /. The scheme makes it possible to carry out layer-by-layer removal of allowance and combine roughing and finishing passes, which increases productivity and simultaneously reduces the heat stress of the grinding process by 25–40%.

Недостатком схемы является уменьшение, обусловленное наличием впадин, виброустойчивости, прочности и площади рабочей поверхности инструмента, что снижает размерную и общую стойкость инструмента, качество и производительность обработки. Кроме того, схема не позволяет управлять вибрациями с целью повышения эффективности шлифования. The disadvantage of this scheme is the reduction due to the presence of depressions, vibration resistance, strength and the area of the working surface of the tool, which reduces the dimensional and overall tool life, quality and processing performance. In addition, the circuit does not allow controlling vibrations in order to increase grinding efficiency.

Известен способ прерывистого шлифования, при котором шлифовальному кругу с изменяющейся в окружном направлении зернистостью с участками, ограниченными кривыми переменного радиуса, сообщают вращение и перемещение относительно обрабатываемого изделия, при этом берут круг, каждый участок которого ограничен выпуклой кривой, кроме того, направление вращение круга периодически реверсируют /2/. There is a method of intermittent grinding, in which a grinding wheel with circumferentially varying graininess with sections limited by curves of variable radius is informed of rotation and movement relative to the workpiece, while a circle is taken, each section of which is bounded by a convex curve, in addition, the direction of rotation of the circle periodically reverse / 2 /.

Недостатками способа являются невозможность возбуждения вибраций для повышения эффективности шлифования и управления ими, сложность реализации способа, которая потребует создание специального станка и сложность правки для получения криволинейных участков шлифовального круга. The disadvantages of the method are the impossibility of exciting vibrations to improve grinding efficiency and control, the complexity of the method, which will require the creation of a special machine and the difficulty of editing to obtain curved sections of the grinding wheel.

Задача изобретения - снижение энергозатрат, повышение эффективности процесса и стойкости инструмента, а также производительности обработки при прерывистом шлифовании. The objective of the invention is the reduction of energy consumption, increasing the efficiency of the process and tool life, as well as processing performance during intermittent grinding.

Поставленная задача решается предлагаемым способом прерывистого шлифования, который включает в себя сообщение шлифовальному кругу вращения и продольной подачи относительно обрабатываемого изделия, при этом шлифовальный круг устанавливают под углом α к плоскости вращения на упругом элементе с шарниром для создания аксиально-смещенного режущего слоя и обеспечения черновой, чистовой обработки и выхаживания, кроме того, черновое шлифование осуществляют в положении круга (+α) при встречном направлении осцилляции аксиально-смещенного режущего слоя шлифовального круга и его продольной подаче за счет увеличения угла α на Δα при набегании торца шлифовального круга на изделие, чистовую обработку ведут в положении круга, близком к α = 0, а выхаживание - в положении круга (-α), причем величину угла наклона α определяют по формуле
α ≥ arctg(B_α/D_пр),
где B_α и D_пр - соответственно высота и диаметр правленого шлифовального круга.The problem is solved by the proposed method of intermittent grinding, which includes a message to the grinding wheel of rotation and longitudinal feed relative to the workpiece, while the grinding wheel is set at an angle α to the plane of rotation on an elastic element with a hinge to create an axially offset cutting layer and provide a rough, finishing and nursing, in addition, rough grinding is carried out in the position of the circle (+ α) with the opposite direction of oscillation of the axially displaced the rest of the grinding wheel layer and its longitudinal feed due to an increase in the angle α by Δα when the end face of the grinding wheel runs on the product, finishing is carried out in a circle position close to α = 0, and nursing is in the circle position (-α), and the angle slope α is determined by the formula
α ≥ arctan (B _α / D _ol ),
where B _α and D _CR - respectively the height and diameter of the steered grinding wheel.

На фиг. 1 изображена схема съема припуска и инструмент с устройством для его крепления для осуществления предлагаемого способа шлифования; инструмент в положении (+α); на фиг. 2 и 3 - в положениях α = 0 и (-α). Способ прерывистого шлифования осуществляется следующим образом. Берут шлифовальный круг 1 и устанавливают его на шпинделе 2 шлифовального станка с помощью упругого элемента 3, состоящего из двух резиновых втулок с буртиками. В отверстии шлифовального круга между резиновыми втулками на линии симметрии установлены две шайбы, вставленные одна в другую и сопрягаемые по сферической поверхности с центром О, расположенным на пересечении линии симметрии шлифовального круга с осью шпинделя. При этом шлифовальный круг (например, формы ПП) имеет некоторую особенность в конструкции. Центральное отверстие круга наклонено под углом α к плоскостям торцов. При вращении инструмента, установленного под углом к плоскости вращения, который определяется из соотношения
α ≥ arctg(B_α/D_пр),
где B_α и D_пр - высота и наружный диаметр шлифовального правленого круга.In FIG. 1 shows a scheme for removing stock and a tool with a device for attaching it to implement the proposed grinding method; tool in position (+ α); in FIG. 2 and 3 - in the positions α = 0 and (-α). The method of intermittent grinding is as follows. Take the grinding wheel 1 and install it on the spindle 2 of the grinding machine using an elastic element 3, consisting of two rubber bushings with flanges. In the hole of the grinding wheel between the rubber bushings, two washers are installed on the line of symmetry, inserted one into the other and mating on a spherical surface with a center O located at the intersection of the line of symmetry of the grinding wheel with the axis of the spindle. In this case, the grinding wheel (for example, the shape of the PP) has some design feature. The Central hole of the circle is inclined at an angle α to the planes of the ends. When rotating a tool installed at an angle to the plane of rotation, which is determined from the ratio
α ≥ arctan (B _α / D _ol ),
where B _α and D _CR - the height and outer diameter of the grinding wheel.

Наружный периферийный режущий слой осциллирует с амплитудой A = Bα.
При достижении зоны резания крайнего левого положения (+α) фиг. 1) сила Р_у, действующая в нормальном направлении, стремится опрокинуть, т.е. повернуть круг относительно центра О пересечения осей симметрии шлифовального круга и вращения шпинделя. Упругий элемент 3 и две шайбы, образующие шарнир с центром О, способствуют действию опрокидывающей силы Р_у, и круг поворачивается на дополнительный угол Δα. Величина Δα зависит от свойств упругого элемента 3, размеров и характеристики круга, определяющие усилие Р_у, глубины шлифования, твердости материала изделия и др. факторов.The outer peripheral cutting layer oscillates with an amplitude A = Bα.
Upon reaching the cutting zone of the extreme left position (+ α) of FIG. 1) the force P _y acting in the normal direction tends to overturn, i.e. rotate the circle relative to the center On the intersection of the axes of symmetry of the grinding wheel and spindle rotation. The elastic element 3 and two washers, forming a hinge with a center O, contribute to the action of the overturning force P _y , and the circle rotates by an additional angle Δα. The value of Δα depends on the properties of the elastic element 3, the size and characteristics of the circle, which determine the force P _y , the grinding depth, the hardness of the product material and other factors.

В этом положении периферийный аксиально-смещенный режущий слой круга работает как заборный конус, осуществляя предварительное черновое шлифование. In this position, the peripheral axially displaced cutting layer of the wheel acts as a suction cone, performing preliminary rough grinding.

При дальнейшем повороте круга относительно собственной оси, при приближении его к положению α = 0 (фиг. 2) опрокидывающее действие силы Р_у прекращается и производится чистовое обычное шлифование.With a further rotation of the circle relative to its own axis, when it approaches the position α = 0 (Fig. 2), the overturning action of the force P _y ceases and the usual grinding is finished.

В крайнем правом положении зоны резания (фиг. 3) при угле наклона (-α) шлифовального круга припуск в основном уже снят, поэтому опрокидывающая сила Р_у будет близка к нулю. В этом положении идет процесс выхаживания раннее обработанной поверхности. Здесь на этапе выхаживания вступает в работу неизношенная и незасаленная предшествующим шлифованием часть циклично повторяющегося участка, чем обеспечивается точность обработки и улучшение шероховатости поверхности.In the extreme right position of the cutting zone (Fig. 3) with the angle of inclination (-α) of the grinding wheel, the allowance is basically already taken, so the tipping force P _y will be close to zero. In this position, there is a process of nursing the previously treated surface. Here, at the nursing stage, a part of the cyclically repeating section that is unworn and not greased with the previous grinding comes into operation, which ensures the accuracy of the treatment and the improvement of the surface roughness.

Как видно, способ позволяет осуществить послойный съем припуска и совместить черновые и чистовые проходы, что повышает производительность и одновременно на половину снижает теплонапряженность процесса шлифования благодаря осцилляции зоны резания. As you can see, the method allows for layer-by-layer removal of allowance and combining roughing and finishing passes, which increases productivity and at the same time reduces the heat stress of the grinding process by half due to the oscillation of the cutting zone.

Предлагаемый способ шлифования с сообщением инструменту параметрических колебаний с частотой, равной частоте вращения круга, можно отнести к вибрационному высокоэффективному энергосберегающему способу шлифования, периодически изменяющему глубину шлифования, но не изменяющему нормальное давление в зоне обработки по причине ее осцилляции. The proposed method of grinding with a message to the tool of parametric oscillations with a frequency equal to the frequency of rotation of the circle can be attributed to a vibrational highly efficient energy-saving method of grinding, periodically changing the grinding depth, but not changing the normal pressure in the processing zone due to its oscillation.

Послойный съем металла облегчает резание, не уступает по производительности высокоскоростному шлифованию и обеспечивает более высокое качество обработанной поверхности и позволяет в несколько раз сократить расход энергии на резание и трение в опорах шпинделя. Layered metal removal facilitates cutting, is not inferior in performance to high-speed grinding and provides a higher quality of the processed surface and allows several times to reduce the energy consumption for cutting and friction in the spindle bearings.

Возбуждение колебаний при традиционном вибрационном шлифовании обычно осуществляется с помощью магнитострикционных и электромагнитных вибраторов. В предлагаемом способе осуществляется параметрическое возбуждение нормальных колебаний силой, действующей в осциллирующей зоне контакта инструмента и заготовки при использовании кругов с аксиально-смещенным режущим слоем без затрат энергии на возбуждение колебаний. Excitation of vibrations during traditional vibration grinding is usually carried out using magnetostrictive and electromagnetic vibrators. In the proposed method, the parametric excitation of normal vibrations is carried out by the force acting in the oscillating contact zone of the tool and the workpiece when using circles with an axially displaced cutting layer without energy consumption for excitation of vibrations.

Способ прерывистого шлифования инструментом предлагаемой конструкции позволяет вести обработку с использованием всей периферийной рабочей части инструмента с сохранением преимуществ процесса прерывистого шлифования. The method of intermittent grinding with a tool of the proposed design allows processing using the entire peripheral working part of the tool while maintaining the advantages of the intermittent grinding process.

Использование всей периферийной рабочей части инструмента повышает его размерную и общую стойкость, а в совокупности с совмещением чернового и чистового проходов и выхаживания - производительность и качество обработки. The use of the entire peripheral working part of the tool increases its dimensional and overall durability, and, in combination with the combination of rough and finish passes and nursing, increases productivity and quality of processing.

В качестве примера проводилась обработка отверстия гильзы на внутришлифовальном станке мод. 3К228В, оснащенным шлифовальным кругом ПП 80х20 24А25ПС25К8А, который был установлен под α = 14^o, по предлагаемому способу. Материал обрабатываемой заготовки - труба,

НВ 280, диаметр обрабатываемого отверстия 95 мм.As an example, a hole in a sleeve was machined on a mod grinding machine. 3K228V, equipped with a grinding wheel PP 80x20 24A25PS25K8A, which was installed under α = 14 ^o , according to the proposed method. The material of the workpiece - pipe,

HB 280, diameter of the machined hole 95 mm.

Режим обработки: скорость круга n_к=4500 (об/мин); V_к=22,38 м/с, скорость изделия n_u= 100 (об/мин); V_u=30 м/мин, продольная минутная подача S_m=540,0 мм/мин, поперечная подача круга S t2x=0,1 мм/дв. ход, припуск на обработку - 0,2 мм.Processing mode: circle speed n _k = 4500 (rpm); V _k = 22.38 m / s, product speed n _u = 100 (rpm); V _u = 30 m / min, longitudinal minute feed S _m = 540.0 mm / min, lateral feed circle S t2x = 0.1 mm / dv. stroke, machining allowance - 0.2 mm.

Обработку осуществляли за 4 прохода. Охлаждающая жидкость - эмульсия. Шлифовальный круг в положении (+α) поворачивался на дополнительный угол Δα = 4′12″. Абразивная обработка отверстия по предлагаемому способу позволила в 2,5 раза (с 0,04 мм/дв. ход - при традиционном глубинном шлифовании до 0,10 мм/дв. ход) увеличить глубину резания, при которой на обработанной поверхности не появились микротрещины и прижоги. Кроме того, существенно снизились энергозатраты на единицу объема снимаемого металла, в 3 раза повысилась производительность обработки при сохранении качества изделия по шероховатости. Processing was carried out in 4 passes. Coolant - emulsion. The grinding wheel in position (+ α) was rotated by an additional angle Δα = 4′12 ″. Abrasive treatment of the hole according to the proposed method allowed 2.5 times (from 0.04 mm / double stroke - with traditional deep grinding to 0.10 mm / double stroke) to increase the depth of cut at which microcracks did not appear on the treated surface and burns. In addition, energy consumption per unit volume of the removed metal was significantly reduced, processing productivity increased 3 times while maintaining product quality by roughness.

Таким образом, при использовании предлагаемого способа шлифования, обеспечивающего наложение нормальных колебаний, облегчается съем материала и стружкообразование и полностью подавляются автоколебания, благодаря чему улучшается качество обработанной поверхности, в несколько раз повышается производительность обработки и уменьшается расход энергии на резание и трение по сравнению с аналогичными показателями при традиционных способах шлифования. Thus, when using the proposed grinding method, which provides the imposition of normal vibrations, material removal and chip formation are facilitated and self-oscillations are completely suppressed, which improves the quality of the processed surface, increases processing productivity several times, and reduces the energy consumption for cutting and friction compared to similar indicators with traditional grinding methods.

Предлагаемый способ может реализоваться на малых и средних станках малой жесткости и заменять высокоскоростное шлифование. The proposed method can be implemented on small and medium machines of low rigidity and replace high-speed grinding.

Способ прерывистого шлифования наиболее целесообразно использовать при обработке заготовок малой жесткости из труднообрабатываемых сплавов на малых станках вместо традиционных способов шлифования, при которых возбуждаются интенсивные автоколебания. The method of intermittent grinding is most appropriate to use when processing workpieces of low rigidity from hard-alloyed alloys on small machines instead of traditional grinding methods in which intense self-oscillations are excited.

Источники информации
1. Авт. св. SU N 1388269, кл. B 24 D 5/14, 1985.Sources of information
1. Auth. St. SU N 1388269, class B 24 D 5/14, 1985.

2. Авт. св. SU N 1726223, кл. B 24 D 5/14, 1992.4 2. Auth. St. SU N 1726223, class B 24 D 5/14, 1992.4

Claims

The method of intermittent grinding, including a message to the grinding wheel of rotation and longitudinal feed relative to the workpiece, characterized in that the grinding wheel is set at an angle α to the plane of rotation on an elastic element with a hinge to create an axially offset cutting layer and provide rough, finish machining and nursing, while black grinding is carried out in the position of the wheel (+ α) with the opposite direction of oscillation of the axially offset cutting layer of the grinding wheel and its longitudinal feeding by increasing the angle α by Δα when running the end of the grinding wheel on the product, finishing is carried out in the position of the circle close to α = 0, and nursing in the position of the circle (-α), and the angle of inclination α is determined by the formula
α ≥ arctan (B _α D _pr ),
where B _α and D _CR - respectively the height and diameter of the straightened grinding wheel.