RU2228128C1

RU2228128C1 - Process polishing surfaces of revolution by needle-grinding tool with discontinuous working surface

Info

Publication number: RU2228128C1
Application number: RU2003103659/12A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Степанов; Г.А. Харламов; А.С. Тарапанов; Б.И. Афанасьев; О.В. Болдин; Д.С. Фомин
Original assignee: Орловский государственный технический университет
Priority date: 2003-02-06
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2004-05-10

Abstract

FIELD: machining of metals. SUBSTANCE: in correspondence with process polishing surfaces of revolution by needle- grinding tool with discontinuous working surface blank and needle-grinding tool are imparted with rotary and feed motions along machined surface. Needle-grinding tool is positioned with axial displacement to direction of longitudinal feed of discontinuous abrasive working layer formed by recesses and protrusions of discontinuous grinding wheel. The latter is fixed on spindle with the aid of disks and bevel washers. Each disk has holes arranged on periphery and their number is equal to number of recesses in discontinuous grinding wheel. L-shaped bunches of wire pile are so placed in holes that recesses in grinding wheel re completely filled with bunches of wire pile which ensures high quality of machining and enhances efficiency. EFFECT: high-quality of machining and enhanced efficiency of process. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано при производстве прецизионных деталей из материалов, предрасположенных к дефектообразованиям в виде прижогов и микротрещин, а также при глубинном шлифовании с использованием эффекта микрорезания иглофрезерованием.The invention relates to the processing of metals by cutting and can be used in the manufacture of precision parts from materials predisposed to defect formation in the form of burns and microcracks, as well as in deep grinding using the effect of microcuts by needle milling.

Известен способ прерывистого шлифования, реализуемый с помощью шлифовального круга, имеющего на периферийной рабочей поверхности ряд чередующихся выступов и впадин определенной протяженности (ЯКИМОВ А.В. Оптимизация процесса шлифования. - М.: Машиностроение, 1975, с.43-58). За счет интервалов разрыва процесса удается заметно снизить температуру в зоне резания и избежать дефектов шлифования.A known method of intermittent grinding, implemented using a grinding wheel having on the peripheral working surface a series of alternating protrusions and depressions of a certain length (YAKIMOV A.V. Optimization of the grinding process. - M .: Mashinostroenie, 1975, p. 43-58). Due to the intervals of the process rupture, it is possible to significantly reduce the temperature in the cutting zone and to avoid grinding defects.

Недостатком данного способа являются обусловленные наличием впадин на инструменте резкое уменьшение виброустойчивости, прочности и площади рабочей поверхности инструмента, что в свою очередь снижает размерную стойкость шлифовального круга, качество и производительность обработки.The disadvantage of this method is due to the presence of depressions on the tool, a sharp decrease in vibration resistance, strength and area of the working surface of the tool, which in turn reduces the dimensional stability of the grinding wheel, the quality and productivity of processing.

Известны способ чистовой обработки поверхностей вращения и реализующий его инструмент, выполненный в виде шлифовального круга и соосно установленного с ним цилиндрического корпуса с периодически расположенными на его периферии участками с деформирующими элементами, причем на периферийной поверхности шлифовального круга образованы прерывистые нерабочие участки, где каждый участок с деформирующими элементами на цилиндрическом корпусе расположен напротив прерывистого участка шлифовального круга (а.с. СССР №1296391, кл. В 24 В 5/00, 15.03.1987). Способ обеспечивает прерывание контакта "обрабатываемая поверхность – шлифовальный круг" и исключает образование прижогов на обрабатываемой поверхности.A known method of finishing machining surfaces of revolution and implementing its tool, made in the form of a grinding wheel and coaxially mounted with it a cylindrical body with periodically located on its periphery sections with deforming elements, and on the peripheral surface of the grinding wheel are formed intermittent non-working sections, where each section with deforming elements on a cylindrical body located opposite the discontinuous section of the grinding wheel (AS USSR No. 1296391, class. 24 V 5/00, 03/15/1987). The method provides interruption of the contact "work surface - grinding wheel" and eliminates the formation of burns on the work surface.

Недостатками данного способа являются кратковременный срок службы инструмента и невозможность восстановления первоначального диаметра шлифовального круга при его износе. Эксплуатация инструмента потребует восстановления и режущих способностей шлифовального круга, которое достигается неоднократной правкой, а это уменьшает наружный диаметр круга и приводит к потере работоспособности комбинированного инструмента в целом. Единственное решение приведения рабочих поверхностей круга и деформирующих элементов в одну касательную плоскость – это отказ от правки и полная замена шлифовального круга, что значительно удорожает обработку и делает эксплуатацию круга кратковременной и нерентабельной. Кроме того, использование обратного хода как рабочего приводит к излишнему деформированию и шелушению поверхностного слоя, т.е. возникает противоречие: шлифование требует многократных проходов для достижения точности и качества обрабатываемой поверхности, а обработка поверхностно-пластическим деформированием – только одного прохода.The disadvantages of this method are the short life of the tool and the inability to restore the original diameter of the grinding wheel when it is worn. The operation of the tool will require restoration and cutting abilities of the grinding wheel, which is achieved by repeated editing, and this reduces the outer diameter of the wheel and leads to loss of operability of the combined tool as a whole. The only solution to bring the working surfaces of the wheel and the deforming elements into one tangent plane is to refuse editing and completely replace the grinding wheel, which significantly increases the cost of processing and makes the operation of the wheel short-term and unprofitable. In addition, the use of a reverse stroke as a worker leads to excessive deformation and peeling of the surface layer, i.e. a contradiction arises: grinding requires multiple passes to achieve accuracy and quality of the surface being machined, and surface-plastic deformation processing requires only one pass.

Задача изобретения – повышение качества обработки за счет периодического, последовательного воздействия на обрабатываемую поверхность абразивных и иглоучастков, а также повышение производительности обработки, стойкости и виброустойчивости инструмента за счет применения аксиально-смещенного режущего комбинированного слоя.The objective of the invention is to improve the quality of processing due to periodic, sequential exposure of the surface to be abrasive and acupuncture, as well as to increase processing productivity, durability and vibration resistance of the tool through the use of an axially offset cutting combined layer.

Поставленная задача решена за счет того, что в способе шлифования поверхностей вращения иглошлифовальным инструментом с прерывистой рабочей поверхностью заготовке и иглошлифовальному инструменту сообщают вращательные движения и движение подачи вдоль обрабатываемой поверхности, причем иглошлифовальный инструмент берут с аксиальным смещением в направлении продольной подачи прерывистого абразивного рабочего слоя образованного впадинами и выступами прерывистого шлифовального круга, последний фиксируют на шпинделе с помощью дисков и косых шайб, а каждый из дисков имеет размещенные по периферии отверстия, количество которых равно числу впадин прерывистого круга и в которые устанавливают Г-образные пучки проволочного ворса таким образом, что впадины круга полностью заполнены пучками проволочного ворса.The problem is solved due to the fact that in the method of grinding the surfaces of rotation with a needle grinding tool with an intermittent working surface, the workpiece and needle grinding tool are informed of rotational movements and the feed movement along the surface to be machined, the needle grinding tool being axially displaced in the direction of the longitudinal feed of the discontinuous abrasive working layer formed by depressions and protrusions of the intermittent grinding wheel, the latter is fixed to the spindle using discs and oblique washers, and each of the disks has openings located on the periphery, the number of which is equal to the number of hollows of the dashed circle and into which the L-shaped bundles of wire pile are installed in such a way that the hollows of the circle are completely filled with bundles of wire pile.

Поставленная задача решена за счет того, что осуществляют плавное регулирование амплитуды осцилляции аксиально-смещенного режущего слоя путем изменения угла наклона круга к плоскости, перпендикулярной продольной оси вращения, благодаря установке косых шайб в количестве четырех штук по две с каждого торца круга.The problem is solved due to the fact that the amplitude of the oscillation of the axially shifted cutting layer is smoothly controlled by changing the angle of inclination of the circle to a plane perpendicular to the longitudinal axis of rotation, due to the installation of oblique washers in the amount of four pieces, two from each end of the circle.

Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид спереди иглошлифовального инструмента с прерывистой рабочей поверхностью для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 – продольный разрез А-А на фиг. 1, угол наклона периферийного режущего слоя круга α=0; на фиг. 3 – продольный разрез А-А на фиг. 1, угол наклона α периферийного режущего слоя круга относительно плоскости, перпендикулярной продольной оси, максимальный.The essence of the proposed method is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a General front view of a needle grinding tool with an intermittent working surface for implementing the proposed method; in FIG. 2 is a longitudinal section AA in FIG. 1, the angle of inclination of the peripheral cutting layer of the circle α = 0; in FIG. 3 is a longitudinal section AA in FIG. 1, the angle of inclination α of the peripheral cutting layer of the circle relative to a plane perpendicular to the longitudinal axis is maximum.

Предлагаемый способ шлифования предназначен для обработки поверхностей вращения, при котором заготовке и иглошлифовальному инструменту сообщают вращательные движения и движение подачи вдоль обрабатываемой поверхности, однако он применим и для плоского шлифования периферией круга.The proposed grinding method is intended for processing surfaces of revolution, in which rotary movements and feed movement along the surface to be machined are reported to the workpiece and needle-grinding tool, however, it is also applicable for flat grinding by the periphery of the circle.

Способ реализуется с помощью иглошлифовального инструмента с прерывистой рабочей поверхностью, который содержит шлифовальный круг 1 с впадинами 2 и выступами 3, два диска 4, расположенных с торцов круга 1, и четыре косые шайбы 5 по две с каждого внешнего торца дисков 4. Фиксация круга 1 на шпинделе 6 производится через диски 4 и косые шайбы 5 с помощью гайки 7.The method is implemented using a needle grinding tool with an intermittent working surface, which contains a grinding wheel 1 with cavities 2 and protrusions 3, two disks 4 located at the ends of the circle 1, and four oblique washers 5, two from each outer end of the disks 4. Fixing the circle 1 on spindle 6 is made through discs 4 and oblique washers 5 using nut 7.

Каждый из дисков 4 имеет размещенные по периферии отверстия 8, количество которых равно числу впадин 2 круга 1. Форма отверстий 8 может быть любая, но предпочтительно прямоугольная. В отверстия 8 установлены Г-образные пучки проволочного ворса 9 таким образом, что впадины 2 круга 1 заполнены пучками проволочного ворса 9.Each of the disks 4 has openings 8 arranged on the periphery, the number of which is equal to the number of depressions 2 of the circle 1. The shape of the openings 8 can be any, but preferably rectangular. In the holes 8, L-shaped bundles of wire pile 9 are installed in such a way that the depressions 2 of circle 1 are filled with bundles of wire pile 9.

Прямоугольная форма отверстий 8 позволяет формировать пучок проволочного ворса 9 по профилю впадины 2 и способствует наиболее полному заполнению последней, при этом длина прямоугольного отверстия 8 в дисках 4 равна длине L_вп впадины 2 круга 1.The rectangular shape of the openings 8 allows to shape the wire bundle pile 9 in the profile troughs 2 and promotes more complete filling of the latter, wherein the length of the rectangular holes 8 in the discs 4, equal to the length L 2 _ch depressions circle 1.

Кроме того, для реализации способа инструмент содержит косые шайбы 5 в количестве четырех штук по две с каждого внешнего торца диска 4 для обеспечения аксиально-смещенного режущего слоя путем установки круга 1 под углом α к плоскости, перпендикулярной продольной оси, и с возможностью плавного регулирования амплитуды осцилляции путем изменения угла α наклона круга. Такая установка круга 1 и плавное регулирование его угла наклона возможна благодаря относительному развороту одной косой шайбы 5 относительно другой в каждой паре относительно оси вращения. Угол между непараллельными торцами косых шайб 5 при этом должен быть равен α/2.In addition, to implement the method, the tool contains oblique washers 5 in the amount of four pieces, two from each outer end of the disk 4 to provide an axially offset cutting layer by setting the circle 1 at an angle α to a plane perpendicular to the longitudinal axis, and with the possibility of smooth regulation of the amplitude oscillations by changing the angle α of the inclination of the circle. This setting of the circle 1 and smooth adjustment of its angle of inclination is possible due to the relative rotation of one oblique washer 5 relative to another in each pair relative to the axis of rotation. The angle between the non-parallel ends of the oblique washers 5 should be equal to α / 2.

По мере износа выступов 3 шлифовального круга 1 зерна затупляются, круг теряет свои режущие свойства и подвергается правке, при этом иглоучастки во впадинах 2 также будет изнашиваться в такой же степени. Это происходит потому, что скорость резания иглошлифовальным инструментом выбирается в зависимости от режущих свойств алмазно-абразивного круга, которая на порядок выше, чем микрорезание проволочным ворсом. Поэтому износ торцов пучков проволоки, который также зависит от материала проволоки иглоучастков, экспериментально подбирается равный износу шлифовального круга.As the protrusions 3 of the grinding wheel 1 wear out, the grains become dull, the wheel loses its cutting properties and undergoes straightening, while the needle sections in the depressions 2 will also wear out to the same extent. This is because the cutting speed with a needle-grinding tool is selected depending on the cutting properties of the diamond-abrasive wheel, which is an order of magnitude higher than micro-cutting with a wire pile. Therefore, the wear of the ends of the wire bundles, which also depends on the material of the needle wire, is experimentally selected equal to the wear of the grinding wheel.

После длительной работы и затупления абразивных зерен и засаливания круга, а также после каждой регулировки угла наклона инструмента необходимо осуществлять его правку методом шлифования, а именно принудительным вращением правящего инструмента – алмазного ролика.After long work and blunting of abrasive grains and greasing of the circle, as well as after each adjustment of the angle of the tool, it is necessary to carry out its editing by grinding, namely, by forcibly rotating the ruling tool - a diamond roller.

Предлагаемый способ отличается плавностью работы иглошлифовального круга 1, который, соприкасаясь выступами 3 с обрабатываемой поверхностью изделия, снимает установленный припуск совместно с иглоучастками, состоящими из пучков проволочного ворса 9, не прерывая контакта круга с изделием.The proposed method is distinguished by the smooth operation of the needle grinding wheel 1, which, in contact with the protrusions 3 with the workpiece surface, removes the established allowance together with the needle sections, consisting of bundles of wire pile 9, without interrupting the contact of the circle with the product.

Прерывистая абразивная периферийная поверхность выступов 3 круга 1 обеспечивает прерывание контакта "обрабатываемая поверхность - абразивный круг" и исключает образование прижогов и микротрещин на поверхности обработки, а иглоучастки с пучками проволочного ворса 9, расположенные во впадинах 2 круга 1, обеспечивают резание в момент прерывания контакта, что резко повышает виброустойчивость, прочность и увеличивает площадь рабочей поверхности инструмента, что в свою очередь повышает размерную стойкость иглошлифовального инструмента, качество и производительность обработки.The intermittent abrasive peripheral surface of the protrusions 3 of the circle 1 provides interruption of the contact "work surface - abrasive wheel" and eliminates the formation of burns and microcracks on the processing surface, and the needle sections with bundles of wire pile 9 located in the depressions 2 of the circle 1, provide cutting at the time of contact interruption, which dramatically increases vibration resistance, strength and increases the area of the working surface of the tool, which in turn increases the dimensional stability of the needle grinding tool, quality GUSTs and processing performance.

Концы проволочного ворса 9, взаимодействуя с обрабатываемой поверхностью, осуществляют микрорезание. При небольшом вылете ворса (15-20 мм) иглоучасток представляет собой иглофрезу.The ends of the wire pile 9, interacting with the treated surface, carry out micro-cutting. With a small overhang of the pile (15-20 mm), the acupuncture is an acupuncture.

Неподвижно закрепленный на шпинделе под острым углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, иглошлифовальный инструмент при каждом проходе будет обрабатывать поверхность шириной В_о, которая будет больше высоты В инструмента на величину амплитуды А_о. Вследствие этого производительность способа, реализуемого с помощью иглошлифовального инструмента с аксиально-смещенным режущим слоем, будет в n=B_o/B раз больше, чем традиционным способом, осуществляемым стандартным абразивным углом высотой В.Fixedly mounted on the spindle at an acute angle α to a plane perpendicular to the axis of rotation, the needle grinding tool at each pass will process a surface of width B _about , which will be greater than the height B of the tool by the amplitude A _about . As a result of this, the productivity of the method implemented with an axially offset cutting layer needle-grinding tool will be n = B _o / B times higher than the traditional method, carried out by a standard abrasive angle of height B.

Пример. На внутришлифовальном станке мод. 3К228В обрабатывали сквозное отверстие диаметром 60Н7(^+0,03) мм и длиной 60 мм. Параметр шероховатости обрабатываемой поверхности Ra=0,63 мкм, выпуск на сторону – 0,25 мм, материал заготовки – сталь 45, закаленная, твердость HRC 45. Станок оснащен устройством для активного контроля обрабатываемых заготовок. Инструмент состоял из прерывистого шлифовального круга с иглоучастками, расположенными во впадинах. Полная характеристика круга, рекомендованная для этой стали, 24А25ПС25К8А. Диаметр иглошлифовального инструмента – 50 мм. Размер длины выступа – 17 мм, впадины – 9 мм. Игло-участки из светлой канатной проволоки диаметром 1,0 мм, высшей марки – В, т.т. – по ГОСТ 3241-60, ГОСТ 3062-69. Охлаждающая жидкость – эмульсия. Угол наклона α=10°, амплитуда при этом составляла А_о=8 мм. Режимы резания: частота вращения инструмента - 13000 мин^-1; частота вращения заготовки – 200 мин^-1; продольная подача - 0,008 мм/дв.ход.Example. On the internal grinding machine mod. 3K228B was machined with a through hole with a diameter of 60H7 ( ^+0.03 ) mm and a length of 60 mm. The roughness parameter of the machined surface is Ra = 0.63 μm, the output per side is 0.25 mm, the workpiece material is steel 45, hardened, hardness HRC 45. The machine is equipped with a device for active control of the workpieces. The tool consisted of a discontinuous grinding wheel with needle sections located in the depressions. The full circle feature recommended for this steel is 24A25PS25K8A. The diameter of the needle grinding tool is 50 mm. The length of the protrusion is 17 mm, the hollows are 9 mm. The needle sections of light wire rope with a diameter of 1.0 mm, the highest grade - B, t.t. - according to GOST 3241-60, GOST 3062-69. Coolant - emulsion. The angle of inclination α = 10 °, the amplitude in this case was A _o = 8 mm. Cutting modes: tool rotation speed - 13000 min ^-1 ; workpiece rotation frequency - 200 min ^-1 ; longitudinal feed - 0.008 mm / dv.hod.

Для обеспечения необходимого качества и размерной точности обработки потребовалось основного времени Т_о=0,6 мин, это в два раза быстрее, чем при обычном шлифовании.To ensure the required quality and dimensional accuracy of processing, the main time T _o = 0.6 min was required, which is two times faster than with conventional grinding.

Предлагаемый способ, реализуемый иглошлифовальным инструментом, с прерывистой рабочей поверхностью осуществляется на режимах резания, назначаемых из условий абразивно-алмазной обработки, которые на порядок выше, чем при лезвийной обработке, обеспечивает более высокое качество иглошлифовальной обработки, увеличивает производительность и срок службы инструмента более чем в 2 раза.The proposed method, implemented by an abrasive tool, with an intermittent working surface, is carried out under cutting conditions assigned from the conditions of abrasive-diamond processing, which are an order of magnitude higher than during blade processing, provides a higher quality of needle grinding, increases productivity and tool life more than 2 times.

Способ иглошлифования, осуществляемый инструментом с аксиально-смещенным режущим слоем, снижает вероятность образования прижогов и микротрещин на поверхности изделия, обеспечивает непрерывность получистовой и чистовой обработки, исключает колебания и вибрации инструмента и уменьшает шероховатость обработанной поверхности.The method of needle grinding, carried out by a tool with an axially offset cutting layer, reduces the likelihood of burns and microcracks on the surface of the product, ensures the continuity of semi-finishing and finishing, eliminates vibration and vibration of the tool and reduces the roughness of the processed surface.

Использование предлагаемого технического решения повышает эффективность использования впадин круга с надежным креплением проволочного ворса, позволяющее высокопроизводительно и качественно удалять значительные припуски, т.е. работать в тяжелых условиях, например, при глубинном шлифовании.The use of the proposed technical solution increases the efficiency of using the hollows of the circle with a reliable fastening of the wire pile, which allows high-performance and high-quality removal of significant allowances, i.e. work in difficult conditions, for example, with deep grinding.

Claims

1. The method of grinding the surfaces of rotation with an intermittent grinding tool, in which the workpiece and the grinding tool communicate rotational and feed movement along the surface, while the grinding tool is taken with axial displacement in the longitudinal direction of the discontinuous abrasive working layer formed by depressions and protrusions discontinuous grinding wheel, the latter is fixed on the spindle using discs and oblique washers, and each of the disks and has holes located around the periphery, the number of which is equal to the number of hollows of the dashed circle and into which the L-shaped bundles of wire pile are installed in such a way that the hollows of the circle are completely filled with bundles of wire pile.

2. The method according to claim 1, in which the amplitude of the oscillation of the axially displaced cutting layer is smoothly controlled by changing the angle of inclination of the circle to a plane perpendicular to the longitudinal axis of rotation, due to the installation of oblique washers in the amount of four pieces, two from each end of the circle.