Технология обработки заготовок на круглошлифовальных станках

Круглошлифовальные станки — это оборудование для финишной обработки тел вращения. Абразивный инструмент снимает тонкий слой металла с поверхности заготовки, обеспечивая высокую точность размеров и качество поверхности. Круглое шлифование позволяет получать параметры точности и шероховатости, которые во многих случаях превышают возможности токарной или фрезерной обработки. Допуски по диаметру выдерживают в пределах нескольких микрон, шероховатость — Ra 0,16–0,32 мкм. Такие показатели востребованы в подшипниковой, автомобильной и авиационной промышленности, где к деталям предъявляют повышенные требования по точности размеров, износостойкости и качеству посадок.

В производственной практике применяют три базовые схемы обработки цилиндрических поверхностей. Каждая из них решает конкретные технологические задачи и имеет ограничения по применению.

Метод применяют при обработке деталей, длина которых превышает ширину шлифовального круга. Заготовку закрепляют в центрах или патроне, после чего приводят во вращение. Стол с деталью совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси. Круг после каждого прохода получает радиальную подачу на 0,005–0,05 мм. Припуск снимают последовательно за несколько проходов. Основное преимущество метода — стабильная геометрия по всей длине. Ограничение — низкая производительность при обработке больших припусков. 

Для длинных валов, как правило, используют люнеты — дополнительные опоры, предотвращающие прогиб заготовки. Они предотвращают прогиб детали под нагрузкой, что позволяет сохранить прямолинейность поверхности. Режимы резания выбирают с учетом жесткости системы и свойств обрабатываемого металла.

Схема не предполагает продольного перемещения стола с заготовкой. Поперечная подача круга идет непрерывно или циклично до достижения заданных параметров. Ширина круга должна перекрывать длину обрабатываемого участка. При обработке коротких ступенчатых валов, колец и втулок этот способ может обеспечивать более высокую производительность по сравнению с продольным методом.

Одной из разновидностей врезного метода является глубинное шлифование. При глубинном шлифовании припуск до 0,4 мм может сниматься за один проход коническим шлифовальным кругом.Основной съем приходится на конусную часть, а цилиндрическая часть выполняет калибрование поверхности. Метод применяют для обработки жестких и коротких деталей, где допустимы повышенные тепловые нагрузки.

Обдирочное шлифование является еще одним вариантом врезной схемы. Толщина снимаемого припуска может достигать 5 мм. Скорость подачи при такой операции может снижаться до 300 мм/мин. Операцию применяют для удаления окалины, сварочных швов, поверхностных дефектов литья и штамповок. После обдирочного шлифования, как правило, выполняют чистовую обработку.

Метод объединяет достоинства продольного и врезного типов. Последовательность операций:

• врезание с поперечной подачей на участках, равных ширине круга;
• смещение стола на 0,8–0,9 ширины круга;
• повторное врезание на следующем участке;
• финишный продольный проход без поперечной подачи для выравнивания поверхности.

Комбинированный способ сокращает общее время и обеспечивает высокое качество поверхности длинных заготовок. После чистового прохода перепады между соседними участками, как правило, не превышают 0,01 мм.

Точность обработки на круглошлифовальных станках напрямую зависит от способа базирования и закрепления детали. Центровое базирование является основным способом установки заготовок при наружном шлифовании. На торцах заготовки выполняют конические отверстия под углом 60 градусов. Форма может быть простой конусной или с предохранительной выточкой. Второй вариант предпочтительнее — выточка удерживает смазку, компенсирует неточности изготовления центров и повышает жесткость закрепления.

Для деталей с центральным отверстием применяют оправки. Выбор типа оправки определяет точность и производительность обработки.

Оправки делят на три типа по способу крепления. Жесткие оправки используют при точных базовых отверстиях с допуском 15–30 мкм. Посадка оправки в отверстии может быть прессовой или малоконусной. Такие оправки обеспечивают высокую точность центровки, однако не позволяют корректировать радиальное биение. Применяются для обработки конкретной детали или партии деталей с одинаковыми размерами отверстия.

Разжимные оправки с гидропластовым зажимом более универсальны. Тонкостенная втулка внутри оправки заполнена гидропластичной массой под давлением. При фиксации детали втулка плотно прилегает к стенкам отверстия. Это компенсирует погрешности размера до 0,1 мм и обеспечивает высокую точность центровки. Конструкция также позволяет корректировать радиальное биение. Такие оправки обычно применяют для обработки отдельных заготовок, требующих высокой точности установки.

Скользящие оправки используют с зазором 10–20 мкм между оправкой и базовым отверстием детали. Деталь закрепляют гайкой с торца. Скользящие оправки обеспечивают среднюю точность центровки, при этом радиальное биение может корректироваться лишь частично. Можно устанавливать одну или несколько заготовок одновременно.

Валы, длина которых превышает диаметр в 5–8 раз, требуют дополнительных опор. Люнеты устанавливают по длине заготовки в зонах наименьшей жесткости. Конструкция люнета включает две опорные колодки — вертикальную и горизонтальную. 

Вертикальная колодка воспринимает силу тяжести и касательные нагрузки, а горизонтальная — радиальное давление от круга. Колодки регулируют винтами, настройку ведут по эталонному валику.

В процессе съема металла диаметр уменьшается, поэтому колодки периодически поджимают. Ослабление опоры ведет к возникновению вибраций и искажению профиля. На станках с ЧПУ предусмотрена автоматическая компенсация износа шлифовального круга.

Режущий инструмент в процессе эксплуатации засоряется продуктами обработки и теряет геометрию. Восстановление геометрии круга проводят методами обтачивания или обкатывания. Качество правки влияет на точность и шероховатость, поэтому операцию выполняют в соответствии с установленным технологическим регламентом.

Основной способ восстановления геометрии для чистовых операций. В качестве правящего инструмента используют алмазный карандаш или алмазную иглу, закрепленную в металлической оправке. Кристаллы алмаза располагают слоями или цепочкой. Карандаш устанавливают с наклоном 10–15° к оси круга, что предотвращает вырывание абразивных зерен. Подача правящего инструмента — 0,02–0,05 мм/об. Глубина снимаемого слоя за проход — 0,01–0,03 мм.

На современных станках используют устройства автоматической правки. Программа задает траекторию перемещения карандаша по профилю круга. Правку проводят через заданное число деталей или по сигналу датчика силы резания.

Метод менее затратен по сравнению с алмазной правкой, но дает более низкую точность. Применяют для черновых и обдирочных операций. Стальной ролик или правящая звездочка прижимается к вращающемуся кругу с усилием 300–500 Н. Абразивные зерна дробятся и скалываются, обнажая новые режущие кромки. Операция занимает 10–15 секунд и не требует дорогостоящего инструмента. Основным недостатком метода является образование микровыкрашиваний на поверхности круга, что может ухудшать качество обработки.

Проверку размеров в процессе шлифования организуют по-разному в зависимости от типа производства. В единичном и мелкосерийном производстве используют микрометры и нутромеры. Измерения проводят после каждого прохода или периодически.

Для серийного выпуска применяют жесткие скобы, настроенные на номинальный размер. Допуск контролируют по прохождению скобы через деталь. Индикаторные скобы показывают отклонение в сотых долях миллиметра, что позволяет корректировать настройку без снятия детали.

На станках с ЧПУ устанавливают системы активного контроля. Датчик измеряет диаметр непосредственно в зоне обработки. При достижении заданного размера система подает команду на отвод шлифовального круга. Точность контроля — ±2 мкм. Это позволяет снизить вероятность брака и уменьшить трудоемкость контроля. 

Технология обработки на круглошлифовальных станках включает выбор схемы резания, правильное базирование, своевременную правку круга и контроль размеров. Каждый этап влияет на конечный результат. Понимание особенностей продольного, врезного и комбинированного шлифования позволяет назначать оптимальные режимы для конкретных деталей.

Для решения производственных задач предлагаем рассмотреть оборудование из нашего каталога круглошлифовальных станков. Компания ООО «Ай Машин Технолоджи» (IMACHINE) поставляет станки для решения широкого спектра производственных задач на промышленных предприятиях. Наши инженеры помогут подобрать модель в соответствии с вашими производственными требованиями.