Устройство для двустороннего шлифования торцов деталей

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к шлифованию торцов цилиндрических деталей типа роликов подшипников качения.

Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение качества, точности обработанных поверхностей торцов деталей и производительности процесса двустороннего торцешлифования.

Решение указанной задачи достигается тем, что в устройстве для двустороннего шлифования торцов деталей, содержащем два вращающихся шлифовальных круга, оси которых имеют угловые смещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, и вращающийся загрузочный диск-сепаратор с расположенными по окружности обрабатываемыми деталями, согласно полезной модели, рабочая торцевая поверхность каждого шлифовального круга состоит из двух концентрично расположенных кольцевых зон с различающимися свойствами шлифовальных материалов, одна из которых является зоной чернового шлифования, другая - зоной чистового шлифования. Кроме того ширина каждой кольцевой зоны определяется расчетом, исходя из геометрических параметров наладки станка и заданного соотношения между снимаемым черновым припуском и общим припуском, снимаемым за один проход заготовки.

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к шлифованию торцов цилиндрических деталей типа роликов подшипников качения.

Известно устройство для двустороннего торцового шлифования заготовок, содержащее два вращающихся абразивных круга с концентрично расположенными на их торцах кольцевыми абразивными зонами переменной ширины, причем ширина произвольной абразивной зоны определяется расчетом из условия равномерности нагрузки на каждую абразивную зону (см. патент РФ 2182072, МПК В24В 7/17, B24D 7/00 опубл. 2002.05.10).

Однако в данном устройстве не обеспечивается рациональная структура цикла шлифования с постепенным уменьшением скорости съема припуска и действующих сил резания.

Известно также наиболее близкое по технической сути к заявляемому устройство для двустороннего шлифования торцов деталей, содержащее два вращающихся шлифовальных круга, оси которых имеют угловые смещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, и вращающийся загрузочный диск-сепаратор с расположенными по окружности обрабатываемыми деталями (Моделирование технологических процессов абразивной обработки. Монография. / Г.В.Барсуков, Л.Г.Вайнер, Ю.В.Василенко и др.; Под ред. Ю.С.Степанова и А.В.Киричека - М.: Издательский дом «Спектр», 2011, с.64-65, рис.1).

Недостатком описанного устройства является то, что реализуемый с его помощью рациональный цикл шлифования с постепенным уменьшением скорости съема припуска и действующих сил резания осуществляется посредством рабочей поверхности абразивного круга с постоянными свойствами, что препятствует достижению высокого качества и точности обработанных поверхностей торцов заготовки.

Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение качества, точности обработанных поверхностей торцов деталей и производительности процесса двустороннего торцешлифования.

Решение указанной задачи достигается тем, что в устройстве для двустороннего шлифования торцов деталей, содержащем два вращающихся шлифовальных круга, оси которых имеют угловые смещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, и вращающийся загрузочный диск-сепаратор с расположенными по окружности обрабатываемыми деталями, согласно полезной модели, рабочая торцевая поверхность каждого шлифовального круга состоит из двух концентрично расположенных кольцевых зон с различающимися свойствами шлифовальных материалов, одна из которых является зоной чернового шлифования, другая - зоной чистового шлифования. Кроме того ширина кольцевой зоны чистового шлифования b₁ и ширина кольцевой зоны чернового шлифования b₂ определяется, исходя из геометрических параметров наладки станка, таких как радиус расположения обрабатываемых деталей R, внутренний R ₁ и наружный R₂ радиусы шлифовальных кругов, межцентровое расстояние между осями диска-сепаратора и шлифовальных кругов , угловые смещения шлифовальных кругов в вертикальной и горизонтальной плоскостях, наружный радиус торца обрабатываемой детали r, и заданного соотношения k между снимаемым припуском в зоне чернового шлифования и общим припуском, снимаемым за один проход обрабатываемой детали, например, для R=0,2075 м, R₁ =0,15 м, R₂=0,225 м, =0,365 м, =0,000114 рад, =0,00114 рад, r=0,0065 мм: при k=0,6 b₁=31,8 мм, b₂=43,2 мм; при k=0,7 b₁=25,1 мм, b ₂=49,9 мм; при k=0,8 b₁=17,7 мм, b₂ =67,3 мм.

Наличие двух концентрично расположенных кольцевых зон с различающимися свойствами шлифовальных материалов, позволяет за один проход заготовки вести черновую и чистовую обработку разными шлифовальными материалами с оптимально подобранными для этих этапов шлифования характеристиками. Например, при применении шлифовальных материалов с такими общими для обеих зон основными характеристиками (ГОСТ 2424-83) как материал абразивных зерен - электрокорунд белый, связка - бакелитовая, структура - открытая, класс точности - А для внешней кольцевой зоны чернового шлифования можно использовать шлифовальный материал с зернистостью 40-50 и твердостью - СТ1 - СТ2, а для внутренней кольцевой зоны чистового шлифования - с зернистостью 8-12 и твердостью СМ1 - СМ2.

Рассчитанная для предлагаемого устройства ширина каждой кольцевой зоны, исходя из геометрических параметров наладки станка и заданного соотношения между снимаемым черновым припуском и общим припуском, снимаемым за один проход заготовки, позволяет вести черновую и чистовую обработку строго в пределах каждой кольцевой зоны.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема к определению ширины каждой кольцевой зоны рабочей поверхности шлифовального круга; на фиг.2 - кривые формы шлифовальных кругов в сечении А-А фиг.1 вдоль круговой траектории подачи заготовок.

Устройство для двустороннего шлифования торцов деталей содержит два вращающихся шлифовальных круга 1, оси которых имеют угловые смещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, и вращающийся загрузочный диск-сепаратор 2 с расположенными по окружности обрабатываемыми деталями 3. Рабочая торцевая поверхность каждого шлифовального круга 1 состоит из наружной 4 и внутренней 5 концентрично расположенных кольцевых зон с различающимися свойствами.

Ширина наружной 4 и внутренней 5 кольцевых зон определяется расчетом, исходя из геометрических параметров наладки станка и заданного соотношения между снимаемым черновым припуском и общим припуском, снимаемым за один проход заготовки (см. фиг.1). Основные расчетные зависимости при плоских торцовых поверхностях шлифовальных кругов приведены ниже.

Ширина кольцевых зон шлифовальных кругов:

- ширина зоны чернового шлифования

- ширина зоны чистового шлифования

Здесь R₁ и R₂ - внутренний и наружный радиусы шлифовальных кругов;

- радиус границы кольцевых зон торцов шлифовальных кругов, где R - радиус расположения заготовок, - межцентровое расстояние между осями диска-сепаратора и шлифовальных кругов;

Угловая координата точки Г круговой траектории заготовки, лежащей на границе кольцевых зон, _Г определяется в результате решения квадратного тригонометрического уравнения, полученного из условия

,

где ₂ и - черновой и общий (суммарный черновой и чистовой) припуск, снимаемый за один проход заготовки, соответственно; k - заданное соотношение между снимаемым черновым припуском и общим припуском.

- угловая координата точки Г круговой траектории заготовки, лежащей на границе кольцевых зон,

где

,

,

D=(k-1)(sin_n-cos_n)-k(sin_m-cos_m).

Здесь

- угловая координата точки m круговой траектории заготовки, в которой заканчивается съем припуска с ее торцов;

- угловая координата точки n круговой траектории заготовки, в которой начинается съем припуска с ее торцов.

Найденный радиус границы кольцевых зон торцов шлифовальных кругов R_Г должен отвечать условию завершения съема припуска со всей поверхности торца заготовки в пределах зоны чистового шлифования

где r - наружный радиус торца заготовки;

- радиус-вектор точки m круговой траектории заготовки, в которой заканчивается съем припуска с ее торцов.

По найденному (3) и скорректированному в случае необходимости (4) значению R_Г определяются размеры кольцевых зон чернового b₂ (1) и чистового b₁ (2) шлифования.

Определение размеров кольцевых зон чернового b ₂ и чистового b₁ шлифования поясним на примере. Параметры наладки, соответствующие реальным условиям шлифования роликов подшипников с наружным диаметром 14 мм на двустороннем торцешлифовальном станке: R=0,2075 м, R₂=0,225 м, R₁=0,15 м, =0,365 м, =0,000114 рад, =0,00114 рад, tg_m=-0,1, _m=-6º, _n=33,9º, R_m=0,1605 м, r=0,0065 мм. Найденные размеры кольцевых зон при разных соотношениях k между снимаемым черновым припуском и общим припуском сведем в таблицу.

Устройство работает следующим образом.

Цилиндрические детали 3, например ролики подшипников качения, с помощью вращающегося (частота вращения 2-8 об/мин) загрузочного диска-сепаратора 2 подаются по круговой траектории между двумя вращающимися в одну сторону инструментами - шлифовальными кругами 1 на обработку. Предварительно в процессе настройки станка оси шлифовальных кругов 1 устанавливают под углами и в вертикальной и горизонтальной плоскостях, соответственно. Форма шлифовальных кругов в их сечении цилиндрической поверхностью А-А с образующей, совпадающей с осью детали 3, и направляющей, совпадающей с круговой траекторией движения оси детали 3, показана на фиг.2. Углы настройки подбирают таким образом, чтобы обеспечить постепенное уменьшение скорости съема припуска с торцов детали 3 при ее перемещении по круговой траектории от момента касания шлифовальных кругов 1 в точке 2 до окончания съема припуска в точке m. В процессе движения вдоль траектории подачи детали 3 проходят две зоны обработки: на участке 2-Г - зону чернового шлифования, образованную наружной кольцевой поверхностью 4 торцов шлифовальных кругов шириной b₂; на участке Г-m - зону чистового шлифования, образованную внутренней кольцевой поверхностью 5 торцов шлифовальных кругов шириной b₁. При этом на участке 2-Г с торцов детали 3 снимается черновой припуск ₂, а на участке Г-m - чистовой ₁ (₁=-₂).

Такое, предусмотренное в конструкции настоящего устройства, разделение рабочей торцовой поверхности инструмента на две кольцевые зоны позволяет подобрать оптимальные характеристики шлифовальных материалов для совмещенных в одной технологической операции двух этапов цикла шлифования торцов деталей - этапа шлифования с относительно высокими скоростями съема припуска (чернового) и этапа шлифования с относительно низкими скоростями съема припуска (чистового с выхаживанием), что повышает точность и качество обработанных торцовых поверхностей.

Реализованное в настоящем устройстве совмещенное черновое и чистовое шлифование за один проход детали позволяет повысить производительность торцешлифовальной обработки.

1. Устройство для двустороннего шлифования торцов деталей, содержащее два вращающихся шлифовальных круга, оси которых имеют угловые смещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, и вращающийся загрузочный диск-сепаратор с расположенными по окружности обрабатываемыми деталями, отличающееся тем, что рабочая торцовая поверхность каждого шлифовального круга состоит из двух концентрично расположенных кольцевых зон с различными свойствами шлифовальных материалов, одна из которых является зоной чернового шлифования, другая - зоной чистового шлифования.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ширина кольцевой зоны чистового шлифования b₁ и ширина кольцевой зоны чернового шлифования b₂ определены исходя из геометрических параметров наладки станка, таких как радиус расположения обрабатываемых деталей R, внутренний R₁ и наружный R₂ радиусы шлифовальных кругов, межцентровое расстояние между осями диска-сепаратора и шлифовальных кругов , угловые смещения шлифовальных кругов в вертикальной и горизонтальной плоскостях, наружный радиус торца обрабатываемой детали r, и заданного соотношения k между снимаемым припуском в зоне чернового шлифования и общим припуском, снимаемым за один проход обрабатываемой детали, например, для R=0,2075 м, R ₁=0,15 м, R₂=0,225 м, =0,365 м, =0,000114 рад, =0,00114 рад, r=0,0065 мм: при k=0,6 b₁=31,8 мм, b₂=43,2 мм; при k=0,7 b₁=25,1 мм, b ₂=49,9 мм; при k=0,8 b₁=17,7 мм, b₂ =67,3 мм.