RU2182070C2

RU2182070C2 - Method of surface grinding

Info

Publication number: RU2182070C2
Application number: RU2000120823A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Степанов; Б.И. Афонасьев
Original assignee: Орловский государственный технический университет
Priority date: 2000-08-02
Filing date: 2000-08-02
Publication date: 2002-05-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering, grinding of difficult to work material, particularly, on surface grinding machines, NC machines, machines for finishing operations. SUBSTANCE: two grinding wheels are mounted to the coaxial shafts rotating in opposite direction. The workpiece is imparted in reciprocal motion relative the wheels. The wheels are mounted with an angle of α to the plane perpendicular to the axis of rotation for oscillation of cutting zone. Internal end faces of the wheel form angle of 2α. The wheels oscillate in opposite phase. EFFECT: enhanced productivity of treatment of high strength materials, reduced power consumptions. 2 cl, 3 dwg, 1ex

Description

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано при шлифовании труднообрабатываемых материалов, в частности на плоскошлифовальных станках, станках с ЧПУ, гибких производственных модулях для финишных операций. The invention relates to metalworking and can be used for grinding difficult to machine materials, in particular on surface grinding machines, CNC machines, flexible production modules for finishing operations.

Известен способ многопроходного плоского шлифования на плоскошлифовальном станке с круглым столом и горизонтальным шпинделем [1]. На последний соосно с первым кругом и на расстоянии, равном диаметру стола, на котором закрепляются обрабатываемые заготовки, устанавливают второй абразивный круг с идентичными характеристиками и размерами. A known method of multi-pass flat grinding on a surface grinding machine with a round table and a horizontal spindle [1]. A second abrasive wheel with identical characteristics and dimensions is installed on the latter coaxially with the first circle and at a distance equal to the diameter of the table on which the workpieces are fixed.

Недостатками известного способа являются сложность реализации его и дороговизна изготовления специального плоскошлифовального станка с круглым столом и горизонтальным шпинделем, имеющим возможность регулировки расстояния между кругами, сидящими на одном шпинделе. Кроме того, способ неэффективен и не обеспечивает возможность повышения интенсивности обработки и повышенного качества при шлифовании высокопрочных материалов и металлов с напыленными износостойкими покрытиями на основе оксидов, карбидов, нитридов и боридов. The disadvantages of this method are the complexity of its implementation and the high cost of manufacturing a special surface grinding machine with a round table and a horizontal spindle, with the ability to adjust the distance between the circles sitting on one spindle. In addition, the method is ineffective and does not provide the possibility of increasing the processing intensity and high quality when grinding high-strength materials and metals with sprayed wear-resistant coatings based on oxides, carbides, nitrides and borides.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ плоского шлифования, при котором шлифовальному кругу сообщают вращение и движение подачи, а заготовке - возвратно-поступательное перемещение относительно круга, при этом берут второй шлифовальный круг, устанавливают его соосно первому со смещением вдоль оси и сообщают вращение в направлении, противоположном вращению первого [2]. The closest in technical essence and the achieved result is a method of flat grinding, in which the grinding wheel is informed of the rotation and movement of the feed, and the workpiece is reciprocated with respect to the circle, while the second grinding wheel is taken, it is installed coaxially with the first with an offset along the axis and reported rotation in the direction opposite to the rotation of the first [2].

Недостатками известного способа являются высокий температурный режим работы кругов при повышении интенсивности обработки, кроме того, способ малоэффективен и не обеспечивает возможность повышенного качества при шлифовании высокопрочных материалов и металлов, например с напыленными износостойкими покрытиями на основе оксидов, карбидов, нитридов и боридов, из-за появления прижогов и микротрещин на обрабатываемой поверхности и затрудненного попадания СОЖ в зону обработки, а также повышенный расход абразива. The disadvantages of this method are the high temperature conditions of the wheels with increasing processing intensity, in addition, the method is ineffective and does not provide the possibility of high quality when grinding high-strength materials and metals, for example with sprayed wear-resistant coatings based on oxides, carbides, nitrides and borides, due to the appearance of burns and microcracks on the treated surface and difficult penetration of coolant into the treatment zone, as well as increased consumption of abrasive.

Задачей изобретения является повышение производительности обработки высокопрочных материалов при сохранении качества изделия и снижение энергозатрат на единицу объема снимаемого металла. The objective of the invention is to increase the processing performance of high-strength materials while maintaining the quality of the product and reducing energy consumption per unit volume of the removed metal.

Поставленная задача решается предлагаемым способом плоского шлифования, включающим сообщение двум шлифовальным кругам прямого профиля, установленным на коаксиальных валах, вращения в противоположных направлениях и движения подачи, а заготовке возвратно-поступательного перемещения относительно кругов, при этом круги вращают с равной частотой вращения и устанавливают под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, из условия расположения внутренних торцов кругов под углом 2α к друг к другу и осцилляции их зоны резания в противофазе. The problem is solved by the proposed method of flat grinding, including a message to two grinding wheels of a direct profile mounted on coaxial shafts, rotation in opposite directions and feed motion, and the workpiece reciprocating movement relative to the circles, while the wheels rotate with an equal speed and set at an angle α to the plane perpendicular to the axis of rotation, from the condition that the inner ends of the circles are at an angle of 2α to each other and the oscillation of their cutting zone in phase.

Сущность предлагаемого способа плоского шлифования поясняется чертежами. The essence of the proposed method of flat grinding is illustrated by drawings.

На фиг.1 показан пример реализации предложенного способа; на фиг.2 - кинематическая схема станка для его осуществления (цепи подач условно не показаны); фиг.3 - схема расположения шлифовальных кругов на шпиндельном узле и развертки следа инструментов на обрабатываемой поверхности. Figure 1 shows an example implementation of the proposed method; figure 2 is a kinematic diagram of the machine for its implementation (feed chain conditionally not shown); figure 3 - arrangement of grinding wheels on the spindle unit and the development of the trace of tools on the work surface.

Предложенный способ плоского шлифования реализован на плоскошлифовальном станке, который модернизирован следующим образом. Первый шлифовальный круг 1 и второй шлифовальный круг 2 расположены в шпиндельном узле 3 шлифовальной бабки 4. Последняя в свою очередь установлена с возможностью вертикального перемещения на колонне 5, в ее основании расположены поперечный суппорт 6 и стол 7 продольной подачи, на магнитной плите 8 которого закреплена обрабатываемая заготовка 9. Цепь главного движения связывает шлифовальный круг 1 через шпиндель 10, ременную передачу 11-12 с двигателем М. Второй шлифовальный круг 2 связан посредством полого шпинделя 13, размещенного в шпиндельном узле 3 на гидростатических опорах, во внутренних опорах которого находится шпиндель 10, через зубчатые передачи 14-15,16-17 и ременную передачу 11-12 с двигателем М. The proposed method of flat grinding is implemented on a surface grinding machine, which is modernized as follows. The first grinding wheel 1 and the second grinding wheel 2 are located in the spindle unit 3 of the grinding head 4. The latter, in turn, is installed with the possibility of vertical movement on the column 5, at its base there is a transverse support 6 and a table 7 for longitudinal feeding, on the magnetic plate 8 of which is fixed workpiece 9. The main movement chain connects the grinding wheel 1 through the spindle 10, the belt drive 11-12 with the engine M. The second grinding wheel 2 is connected by means of a hollow spindle 13 located in the spindle node 3 on hydrostatic bearings, in the internal bearings of which there is a spindle 10, through gears 14-15,16-17 and belt drive 11-12 with engine M.

Предложенный способ плоского шлифования осуществляют следующим образом. The proposed method of flat grinding is as follows.

Шлифовальный круг 1 прямого профиля типа ПП по ГОСТ 2424-83 устанавливают на валу 10 под углом α к плоскости, перпендикулярной оси его вращения. При этом в шлифовальных кругах предварительно растачивают центральное отверстие под углом α. Шлифовальный круг 2 подобной конструкции устанавливают на полом валу 13 так, что внутренний торец второго круга располагают под углом 2α к внутреннему торцу первого, а зоны резания этих кругов осциллируют в противофазе (фиг.3). Благодаря такой конструкции и установки кругов зоны резания двух инструментов будут осциллировать в противофазе вдоль оси при равной частоте вращения инструментов в противоположных направлениях вращения. A direct-type grinding wheel 1 of type PP according to GOST 2424-83 is mounted on the shaft 10 at an angle α to a plane perpendicular to the axis of rotation. At the same time, in the grinding wheels, the central hole is pre-bored at an angle α. A grinding wheel 2 of a similar design is mounted on the hollow shaft 13 so that the inner end of the second wheel is positioned at an angle of 2α to the inner end of the first, and the cutting zones of these wheels oscillate in antiphase (Fig. 3). Thanks to this design and the installation of the circles, the cutting zones of the two tools will oscillate in antiphase along the axis at an equal frequency of rotation of the tools in opposite directions of rotation.

В результате осцилляции зоны резания и противоположной направленности вращения кругов гарантируется бесприжоговость обработки, снижение теплонапряженности процесса, улучшение качества обрабатываемой поверхности, что позволяет интенсифицировать обработку шлифованием. As a result of the oscillation of the cutting zone and the opposite direction of rotation of the circles, free processing is guaranteed, the heat stress of the process is reduced, the quality of the processed surface is improved, which allows intensifying grinding processing.

Кроме того, повышается эффективность абразивной обработки благодаря знакопеременным деформациям срезаемого слоя заготовки за счет автоматического изменения направления вращения абразивных зерен шлифовальных кругов. In addition, the efficiency of abrasive machining is increased due to alternating deformations of the cut-off layer of the workpiece by automatically changing the direction of rotation of the abrasive grains of grinding wheels.

Последующий шлифовальный круг, идущий за предыдущим, автоматически создает знакопеременные деформации сдвига в поверхностном слое заготовки и постоянно осуществляет резание против направления векторов текстуры срезаемого слоя предыдущим кругом. В результате уменьшается сила резания и появляется возможность повышения производительности. The subsequent grinding wheel, following the previous one, automatically creates alternating shear deformations in the surface layer of the workpiece and constantly performs cutting against the direction of the texture vectors of the cut layer by the previous circle. As a result, the cutting force is reduced and it becomes possible to increase productivity.

Расположение шлифовальных кругов под углом 2α друг к другу позволяет взаимно уничтожить осевые силы Р_х, возникающие при набегании осциллирующих торцов на припуск заготовки (фиг.3). Это снижает вибрации, делает процесс виброустойчивым, повышает качество обрабатываемой поверхности, уменьшает величину шероховатости.The location of the grinding wheels at an angle of 2α to each other allows you to mutually destroy the axial forces P _x that occur when running oscillating ends on the stock allowance (figure 3). This reduces vibrations, makes the process vibration-resistant, improves the quality of the processed surface, and reduces the roughness value.

Установку шлифовальных кругов под углом 2α друг к другу можно осуществить, например, с помощью специальных шайб (не показаны) со скошенными под углом α торцами, по две штуки с каждого торца круга. The grinding wheels can be installed at an angle of 2α to each other, for example, using special washers (not shown) with ends angled at an angle α, two pieces from each end of the wheel.

Две шайбы с каждого торца позволяют плавно регулировать угол наклона кругов путем проворота их относительно друг друга. Two washers from each end allow you to smoothly adjust the angle of the circles by turning them relative to each other.

Пример. На модернизированном плоскошлифовальном станке с прямоугольным столом мод. 3 Б722 шлифуется плоская поверхность планки шириной В=110 мм и длиной 1=280 мм; высота планки h₁=20_-0,03 мм. Шероховатость поверхности R_a= 0,63 мкм. Припуск на сторону h=0,3 мм. Материал заготовки - сталь 45, закаленная, твердостью HRC 45. Заготовка установлена и закреплена на магнитном столе станка.Example. On a modernized surface grinding machine with a rectangular table mod. 3 B722 polished the flat surface of the strip with a width of B = 110 mm and a length of 1 = 280 mm; bar height h ₁ = 20 _-0.03 mm. The surface roughness R _a = 0.63 μm. Side allowance h = 0.3 mm. The workpiece material is steel 45, hardened, with a hardness of HRC 45. The workpiece is installed and fixed on the magnetic table of the machine.

Способ реализуется на модернизированном плоскошлифовальном станке с дополнительным приводом и измененным шпиндельным узлом. The method is implemented on a modernized surface grinding machine with an additional drive and a modified spindle unit.

1. Выбираем шлифовальный круг - ПП 24А16ПСМ27К1 А 35 м/с. У станка мод. 3 Б722 D_к=450 мм; ширину (высоту) принимаем В_к=20 мм. Угол наклона шлифовальных кругов принимаем из расчета
tqα = B_к/D_к = 20/450 = 0,444,
α = 2,545^°.
Круги устанавливаем (фиг.3) под углом α = 2,545^° к плоскости, перпендикулярной оси вращения, так что внутренний торец, обращенный ко второму кругу, одного круга располагаем под углом 2α = 5^°5′24″ к внутреннему торцу другого, а зоны резания этих кругов осциллируют в противофазе со смещением вдоль оси на величину L=5 мм, кроме того, кругам сообщают равную частоту вращения.1. Choose a grinding wheel - software 24A16PSM27K1 A 35 m / s. At the machine mod. 3 B722 D _to = 450 mm; the width (height) is taken In _to = 20 mm. The angle of inclination of the grinding wheels taken from the calculation
tqα = B _c / D _k = 20/450 = 0.444,
α = 2.545 ^° .
We set the circles (Fig. 3) at an angle α = 2.545 ^° to the plane perpendicular to the axis of rotation, so that the inner end facing the second circle, we place one circle at an angle of 2α = 5 ^° 5′24 ″ to the inner end of the other, and the zones cutting of these circles oscillate in antiphase with an offset along the axis by an amount of L = 5 mm, in addition, the circles are informed of an equal speed.

Таким образом, ширина шлифуемой поверхности, захватываемой при одном проходе двумя кругами, установленными под углом 2α = 5^°5′24″ на расстоянии L=5 мм, равна 85 мм.Thus, the width of the surface to be grinded, captured in one pass by two circles set at an angle of 2α = 5 ^° 5′24 ″ at a distance of L = 5 mm, is 85 mm.

2. Скорость шлифовальных кругов при n_к=1450 об/мин - v_к=34,3 м/с.2. The speed of the grinding wheels at n _k = 1450 rpm - v _k = 34.3 m / s.

3. Скорость движения детали (скорость продольного перемещения стола) v_д= 20 м/мин (0,33 м/с).3. The speed of movement of the part (the speed of the longitudinal movement of the table) v _d = 20 m / min (0.33 m / s).

4. Глубина шлифования (вертикальная подача круга) t=0,01 мм (на реверс шлифовальной бабки). 4. Depth of grinding (vertical feed of the wheel) t = 0.01 mm (for reverse grinding headstock).

5. Поперечная подача принималась в долях ширины круга s_д=0,25. Тогда s= 0,25•85=21,25 мм/ход стола.5. Cross feed was taken in fractions of the width of the circle s _d = 0.25. Then s = 0.25 • 85 = 21.25 mm / table travel.

6. Машинное время
Т_м= НLhК/(1000 v_дstm)= 200•295•0,3•1,4/ (1000•20•21,25•0,01•1)= 5,83 мин,
где Н=110+85+5=200 мм; L=280+15=295 мм; К=1,4 (выхаживание).6. Machine time
T _m = НLhК / (1000 v _d stm) = 200 • 295 • 0.3 • 1.4 / (1000 • 20 • 21.25 • 0.01 • 1) = 5.83 min.
where H = 110 + 85 + 5 = 200 mm; L = 280 + 15 = 295 mm; K = 1.4 (nursing).

Хотя обработка проводилась при повышенной производительности (при традиционном шлифовании кругом высотой 63 мм требуется Т_м=7,7 мин) съема металла, появление прижогов на обработанных поверхностях зафиксировано не было.Although the processing was carried out with increased productivity (traditional grinding with a height of 63 mm requires T _m = 7.7 min) of metal removal, the appearance of burns on the treated surfaces was not recorded.

Таким образом, особенностью предлагаемого способа плоского шлифования является совмещение осцилляции зоны шлифования, улучшающей тепловой баланс инструмента и заготовки, повышающей его стойкость и уменьшающей засаливаемость, с обеспечением знакопеременных деформаций сдвига в поверхностном слое и осуществлению резания против направления текстуры срезаемого слоя, которые расширяют технологические возможности, обеспечивают повышение производительности обработки при сохранении качества изделия, снижают энергозатраты на единицу объема снимаемого металла. Thus, a feature of the proposed method of flat grinding is the combination of oscillation of the grinding zone, which improves the heat balance of the tool and the workpiece, increases its resistance and reduces salinity, while providing alternating shear deformations in the surface layer and cutting against the direction of the texture of the cut layer, which expand technological capabilities, provide increased processing performance while maintaining product quality, reduce energy costs per unit of EMA metal removed.

Осцилляция зон резания шлифовальных кругов, которая осуществляется в противофазе, в еще большей степени способствует снижению температуры шлифования. За счет интервалов разрыва процесса для некоторых поперечных сечений заготовки и при удалении зон резания кругов удается заметно снизить температуру в зоне резания и избежать появление прижогов и других дефектов шлифования. Oscillation of the cutting zones of grinding wheels, which is carried out in antiphase, further contributes to a decrease in grinding temperature. Due to the intervals of the process rupture for some cross sections of the workpiece and when removing the cutting zones of the circles, it is possible to significantly reduce the temperature in the cutting zone and to avoid the occurrence of burns and other grinding defects.

Увеличенная зона резания, захватываемая при одном проходе, способствует снижению расхода абразива. The enlarged cutting area, captured in one pass, helps reduce abrasive consumption.

Способ обеспечивает свободный подвод смазывающе-охлаждающей жидкости в зону обработки, что также повышает производительность шлифования. The method provides a free supply of cutting fluid to the treatment zone, which also improves grinding performance.

Источники информации
1. Костин Н. В., Костин А.Н. Автоматизированное обеспечение знакопеременных деформаций в срезаемом слое при шлифовании. // Станки и инструменты. - 1990. - 5. - С. 19-20.Sources of information
1. Kostin N.V., Kostin A.N. Automated provision of alternating deformations in the cut layer during grinding. // Machine tools and tools. - 1990. - 5. - S. 19-20.

2. А. с. СССР 1796414, МКИ В 24 В 1/00, опубл. 23.02.93. Бюл. 7 -прототип. 2. A. p. USSR 1796414, MKI 24 V 1/00, publ. 02/23/93. Bull. 7 prototype.

Claims

A flat grinding method comprising communicating to two grinding wheels of a direct profile mounted on coaxial shafts, rotation in opposite directions and feed motion, and the workpiece reciprocating movement relative to the wheels, characterized in that the wheels are rotated with an equal speed and set at an angle α to the plane perpendicular to the axis of rotation, from the condition that the inner ends of the circles are at an angle of 2α to each other and the oscillation of their cutting zone is in antiphase.