Зуборезные инструменты для конических зубчатых колес

Конические колеса широко применяют в передачах различных машин и механизмов. Они бывают прямозубые и с криволинейными зубьями. Зубья колес делаются с квазиэвольвентным профилем, а также с дуговым профилем для зацепления Новикова. Наибольшее распространение имеют конические колеса первого типа, у которых профиль зубьев практически приближается к эвольвентному. Для их обработки применяют различные инструменты: зубострогальные резцы, дисковые зуборезные головки, круговые протяжки, зуборез­ные головки и др.

Зубострогальные резцы. Такие резцы применяют для обработки прямозубых конических колес модулями 0,3...20 мм. Нарезание про­изводится на специальных зубострогальных станках методом преры-

Рис. 6.146. Схема нарезания прямозубых конических колес

вистого обкатывания. Сущность процесса состоит в том, что при на­резании прямозубых конических колес как бы осуществляется зацеп­ление воображаемого плосковершинного производящего колеса с за­готовкой 5 (рис. 6.146). В действительности поверхности зубьев производящего колеса описываются режущими кромками двух рез­цов 4, попеременно совершающих возвратно-поступательные движе­ния. Движение на заготовку является главным, оно определяет ско­рость резания. Траектория этого движения резцов проходит через вершину конуса заготовки и пересекает ось /производящего колеса. Кроме того, происходит обкаточное движение, т. е. качение без скольжения начального конуса заготовки по начальному конусу 3 производящего колеса. Обкаточное движение является результатом двух кинематически связанных вращений: люльки 2 с резцами 4 во­круг оси / производящего колеса и заготовки 5 вокруг своей оси 6. В процессе обработки зуб заготовки нарезается с двух сторон двумя резцами. Следовательно, режущие кромки резцов воспроизводят впадину между зубьями производящего колеса. После нарезания од­ного зуба люлька с резцами возвращается в исходное положение, а за­готовка поворачивается на один шаг для обработки следующего зуба, т. е. после нарезания каждого зуба цикл повторяется. Зубострогаль-ный резец показан на рис. 6.147. Он представляет собой призматиче­ское тело, рабочая часть которого выполнена в виде зуба прямобоч-ной асимметричной рейки высотой /г_и = Ът. Зажимная часть резца выполняется в виде клина с углом 73°. Резец крепится винтами, при­легая к державке плоскостью 1. Размеры резцов для разных моделей станков приведены в ГОСТ 5392—80. Для модулей 0,3... 10 мм резцы имеют длину L — 40...100 мм, высоту Н— 27...43 мм. Величина Сявля-ется постоянной для каждой модели станка (например, для станка

Рис. 6.147. Зубострогальный резец

5П23 С= 27,39 мм). Она определяет положение режущей кромки от­носительно опорного клина.

Толщина S_B резца на вершине а должна быть такой, чтобы резец проходил во впадине между зубьями колеса на узком торце, и была бы больше половины ширины впадины на широком торце. Радиус при вершине г = 0,25т, т. е. принимается в пределах радиального зазора передачи. Толщина резца В зависит от толщины зуба нарезаемого ко­леса по окружности начального конуса [24].

Передний угол для вершинной режущей кромки равен нулю. Эта кромка вспомогательная, но наиболее нагруженная по условиям ре­зания. Создать другой передний угол для вершинной кромки конст­руктивно трудно. Передний угол в плоскости, нормальной к главной режущей кромке, 10...25°. Задний угол а_в в рабочем положении резца принимается равным 12°.

Дисковые головки [24]. Нарезание прямозубых конических колес двумя дисковыми головками является высокопроизводительным способом. По производительности он в 3—5 раз превосходит нареза­ние колес зубострогальными резцами. Поэтому этот способ в основ­ном применяют в массовом и крупносерийном производстве.

Сущность метода — прерывистое обкатывание, где возврат­но-поступательное движение резцов заменено вращательным движе­нием двух головок в виде дисковых фрез, которые вместе с люлькой станка обкатываются по заготовке так же, как и резцы. Обработка производится на специальных станках. В процессе работы головки наклонены в двух направлениях: под углом зацепления в поперечном направлении к обрабатываемому колесу и под углом наклона вдоль

Рис. 6.148. Дисковая зуборезная головка

зубьев колеса. Поэтому на некотором расстоянии головки как бы пе­ресекаются, резцы одной головки входят во впадины между резцами другой головки. Чаще головки устанавливают так, что их боковые ре­жущие кромки охватывают зуб заготовки с двух сторон. Но схема уста­новки головок и схема резания может быть и другая, когда режущие кромки резцов обеих головок находятся в одной впадине между зубья­ми колеса и обрабатывают боковые стороны разных зубьев заготовки.

На рис. 6.148 показана дисковая зуборезная головка, оснащенная резцами, по конструкции схожими с зубострогальными резцами. Гео­метрические параметры такие же. Поэтому зубчатые колеса, получен­ные зубостроганием и нарезанием головками, взаимозаменяемы.

Круговые протяжки [24] применяют для обработки прямозубых конических колес. Производительность протягивания в 5—8 раз выше, чем при нарезании зубьев конических колес зубострогальны­ми резцами; качество нарезаемых колес не ниже. Но круговые про­тяжки — это сложные и дорогостоящие инструменты; для работы ими требуются специальные зубопротяжные станки. Поэтому метод применяется в массовом производстве, в частности, в автомобильной промышленности для нарезания прямозубых конических колес диф­ференциала заднего моста автомобиля.

Сущность метода зубопротягивания состоит в том, что он как бы сочетает процесс протягивания и фрезерования дисковой фасонной

Рис. 6.149. Схема зубопро-тягивания

фрезой. В процессе обработки протяжка равномерно вращается для обеспечения не­обходимой скорости резания и в некоторые периоды времени совершает равномерное поступательное движение относительно за­готовки, осуществляя тем самым движение продольной подачи. Заготовка в процессе вырезания металла из одной впадины не­подвижна. За один оборот протяжка полно­стью удаляет металл из одной впадины и бо­ковые стороны зубьев получают необходи­мую форму по профилю и по длине зуба. По­сле этого заготовка поворачивается на один шаг и начинается процесс обработки сле­дующей впадины. На рис. 6.149 показана схема нарезания зубьев колес методом кру­гового протягивания. Движение протяжки из положения 1 в положение 2 соответствует вспомогательному ходу, необходимому для деления заготовки на следующий зуб. Когда ось протяжки находится в точке 2, ее зуб ка­сается заготовки и начинает резать в точке А,

лежащей на большом диаметре обрабатываемого колеса. Перемеще­ние протяжки от точки 2 до точки 3 приближает ее к заготовке, и зубья углубляют впадину колеса. Медленное перемещение протяжки от точки 2 до точки 3 соответствует работе части черновых зубьев. Точка 3 соответствует положению оси протяжки посередине зуба заготовки, т. е. точке Р. В положении.? движение оси протяжки на некоторое время прекращается и продолжает работу вторая группа черновых зубьев до полного углубления впадины между зубьями нарезаемого колеса. Затем в положении 3 в работу вступают получистовые зубья протяжки, которые до точки 4 расширяют впадину, срезают слои ме­талла боковыми режущими кромками. Отточки 5до точки -^происхо­дит более быстрое перемещение оси протяжки. В точке 4 заканчива­ется предварительная обработка впадины. Окончательная чистовая обработка боковых сторон зубьев колеса производится при обратном движении оси протяжки от положения 4 до положения 2. Отрезок 2 — 1 соответствует вспомогательному ходу протяжки. В это время она возвращается в исходное положение и происходит поворот заготовки на один шаг для обработки следующей впадины. Время полной обра­ботки впадины для таких колес составляет около 4 с.

Рис. 6.150. Круговая протяжка

Рис. 6.151. Схема нарезания зубьев конических колес зу­борезными головками

На рис. 6.150 показана круговая протяжка сборной конструкции. К корпусу 1 двумя винтами крепятся резцовые блоки из быстрорежу­щей стали. Каждый блок резцов имеет пять зубьев. В частности, для обработки прямозубых конических колес модулем 5 мм, с числом зубьев 11 и 20, применяемых в дифференциале автомобиля ГАЗ-53, протяжка состоит из 15 блоков, имея 75 резцов. У протяжки, показан­ной на рис. 6.149, черновых 2 —резцов 48, получистовых 3 — резцов 7 и чистовых 4— резцов 20. Участки 5, 6 протяжки свободны от резцов. Участок 5 необходим для установки приспособления для снятия фа­сок у зубьев колеса, участок 6 — для поворота заготовки на один шаг для обработки следующей впадины.

Зуборезные головки [24]. Они применяются на специальных стан­ках для нарезания конических колес с круговыми зубьями. Такие ко­леса имеют широкое применение в механизмах различных машин вследствие ряда преимуществ и по сравнению с прямозубыми кони­ческими колесами. У них более высокая плавность, нагрузочная спо­собность, долговечность, меньшая чувствительность к погрешностям монтажа передачи.

В процессе нарезания (рис. 6.151) происходит согласованное вра­щение заготовки 1 и воображаемого плосковершинного производя­щего колеса 2. В действительности в зуборезном станке роль произво­дящего колеса выполняет люлька 3 с резцовой головкой 4. По направ­ляющим в люльке зуборезная головка может устанавливаться в нуж­ное положение относительно заготовки. Роль зуба производящего колеса выполняют резцы 5 головки. При вращении головки они как бы находятся в беззазорном зацеплении с обрабатываемым колесом и в обкаточном движении профилируют зуб заготовки, удаляя металл из впадины. Профиль зуба обрабатываемого колеса получается как

огибающая ряда последовательных положений режущих кромок рез­цов головки.

Главное движение, которое определяет скорость резания, обеспе­чивается вращением зуборезной головки относительно своей оси. Оно совершается от отдельного привода и влияет на число огибаю­щих резов. Для обработки одной впадины люлька с головкой в обка­точном движении поворачивается на определенный угол. После это­го люлька возвращается в исходное положение, а заготовка, оставаясь на месте, поворачивается относительно своей оси для деления на один окружной шаг. Далее цикл обработки повторяется. Таким обра­зом, так же как и для прямозубых конических колес, обработка кони­ческих колес с круговыми зубьями производится методом прерыви­стого обкатывания.

Конические колеса с круговыми зубьями нарезают различными способами. Основными из них являются односторонний, простой двусторонний и двойной двусторонний. Применение того или друго­го способа определяется точностью зубчатой передачи, производи­тельностью, номенклатурой инструмента, типом производства. Од­носторонний слособ характеризуется тем, что вогнутая и выпуклая сто­роны зубьев шестерен и колеса нарезаются раздельно. Этот способ имеет различные варианты обработки.

Каждая сторона зуба шестерни и колеса нарезается отдельными головками при раз­личных установках. Здесь для чистовой обработки необхо­димы четыре односторонние головки. Вариант наиболее точный, но наименее производительный.

Ведущее колесо нарезается по первому ва­рианту. Ведомое колесо нарезается одной двусторонней головкой с поворотом заготовки вокруг ее оси на угол, при котором обеспечи­вается необходимая толщина зуба. При этом необходимы три голов­ки: две односторонние для ведущего колеса и одна двусторонняя для ведомого колеса.

Каждое из сопряженных колес нарезается своей двусторонней головкой с раздельной обработкой вогнутой и выпуклой стороны зубьев. После нарезания одной стороны зубьев производится пе­реналадка на другую сторону зубьев. Заготовка поворачивается отно­сительно своей оси на угол, обеспечивающий необходимую толщину нарезаемого зуба. В этом варианте требуются две двусторонние го­ловки. В целом односторонний способ нарезания обеспечивает высо­кую точность, наиболее благоприятную форму зубьев сопряженных

колес, но весьма трудоемок. В основном применяется в единичном и мелкосерийном производстве.

Простой двусторонний способ— это способ, когда каждая сторона чубьев ведущего колеса нарезается отдельно своей односторонней го­ловкой, а вогнутая и выпуклая стороны зубьев (впадина ведомого ко­леса) нарезаются двусторонней головкой за одну установку. Таким образом, для обработки сопряженных колес этим способом необхо­димы три головки: две односторонние для ведущего колеса и одна двусторонняя для ведомого колеса. Этот способ обеспечивает высо­кую производительность и достаточно удовлетворительную точ­ность — зону контакта сопряженных колес. Применяется в массовом и серийном производстве.

Двойной двусторонний способ характеризуется тем, что обе сторо­ны зубьев каждого из сопряженных колес нарезаются одновременно своими двусторонними головками. Здесь требуется всего две двусто­ронние головки с определенным разводом зубьев. Способ наиболее производительный, но наименее точный. Применяется в массовом производстве для колес небольших модулей (до 3 мм) и для колес не­высокой точности.

Рассмотренные способы применимы для чистовой обработки зубьев колес. Черновое нарезание обоих колес производится двой­ным двусторонним способом методом обкатывания или же методом врезания двусторонними головками.

В соответствии с изложенным зуборезные головки делают одно­сторонними, двусторонними и трехсторонними. Односторонние го­ловки служат для чистовой обработки только одной стороны зубьев (вогнутой или выпуклой) ведущего колеса. Двусторонние зуборезные головки имеют два концентричных ряда чередующихся наружных и внутренних резцов и с определенным разводом зубьев и разводом рез­цов. Эти головки в основном применяют для чистовой обработки ве­домого колеса, а в единичном и мелкосерийном производстве для черновой и чистовой обработки как ведущего, так и ведомого колеса. Черновые двусторонние головки не имеют регулировочных клиньев для развода резцов. В радиальном направлении резцы регулируются только подкладками.

Трехсторонние головки снабжены третьим рядом чередующихся резцов в такой последовательности: средний — наружный — сред­ний — внутренний и т. д. Наружные и внутренние резцы обрабатыва­ют боковые стороны зубьев и не работают вершинами. Средние рез­цы обрабатывают только впадину. Высота их на 0,25...0,4 мм выше внутренних и наружных резцов; ширина вершины на 0,25...0,6 мм уже

Рис. 6.152. Двусторонняя чистовая праворежущая головка

впадины между зубьями на малом диаметре колеса; угол профиля на 5...8° меньше угла профиля наружного и внутреннего резцов.

На рис. 6.152 в качестве примера показана двусторонняя чистовая зуборезная праворежущая головка. В пазы корпуса 1 вставлены резцы 2, которые закреплены винтами 3. В радиальном направлении резцы регулируются прокладкой и клином, который перемещается винтом 6.

Головка центрируется на шпинделе отверстием, имеющим конус­ность 1:24, и закрепляется к фланцу шпинделя четырьмя винтами, проходящими через отверстия 7. Для облегчения снятия головки со шпинделя станка предусмотрены два съемных винта 8. Для контроля правильности расположения резцов два из них (один наружный и один внутренний) являются базовыми и закрепляются наглухо штиф­тами 9, которые исключают регулировку (перемещение) клиньев 4, 5 для этих резцов.

В одном и том же корпусе могут устанавливаться различные ком­плекты резцов. Поэтому в корпус головки ввинчивается пробка 10, на наружном торце которой имеются маркировочные данные головки. Резцы опираются на передний торец корпуса выступом, который они

Рис. 6.153. Чистовые леворежущие резцы: а — наружный; б —внутренний

имеют с задней стороны. Эти выступы воспринимают осевые силы резания и препятствуют осевому перемещению резцов. Зуборезные головки сборной конструкции имеют число резцов от 6 до 36 и более; диаметры их 20... 1000 мм.

В зависимости от вида и назначения головок их оснащают черно-иыми, чистовыми, наружными, внутренними, праворежущими и ле-норежущими резцами. На рис. 6.153 показаны наружный и внут­ренний чистовые леворежущие резцы. Размеры резцов стандартизи­рованы в зависимости от размеров головок. Для головок более 200 мм их делают сварными из быстрорежущей стали. Передний угол 20...27°, задний угол при вершине 15°.

7. ШЛИФОВАНИЕ

7.1. ОСОБЕННОСТИ ШЛИФОВАНИЯ

Шлифование — это процесс резания металлов, осуществляемый зернами абразивных или сверхтвердых материалов. Шлифованием можно практически обрабатывать любые материалы, так как твер­дость зерен абразива 22 000...31 000 HV, а алмаза 90 000 HV. Для срав­нения: твердость твердого сплава 13 000 HV, цементита 20 000 HV, за­каленной стали 6000...7000 HV. Зерна абразива скрепляются специ­альной связкой в инструменты различной формы или наносятся на ткань (абразивные шкурки). В основном шлифование применяется как отделочная операция; она позволяет получать детали 7...9-го и даже 6-го квалитетов точности с шероховатостью до Ra = 0,63...0,16 мкм и меньше. В некоторых случаях шлифование применяется при обдир­ке отливок и поковок, при зачистке сварных швов, т. е. как подгото­вительная или черновая операция. В настоящее время применяют си­ловое шлифование для съема больших припусков [78].

Характерными особенностями процесса шлифования являются [78]:

1) многопроходность, способствующая эффективному исправле
нию погрешности формы и размеров деталей, полученных после
предшествующей обработки;

2) резание осуществляется большим количеством беспорядочно
расположенных абразивных зерен, обладающих высокой микротвер­
достью; зерна, образующие прерывистый режущий контур, прореза­
ют мельчайшие углубления, а объем металла, срезаемый в единицу
времени, значительно меньше, чем при резании лезвийными РИ (од­
ним абразивным зерном в единицу времени срезается объем, пример­
но в 400 000 раз меньший, чем одним зубом фрезы);

3) процесс срезания стружки отдельным абразивным зерном осу­
ществляется на высоких скоростях резания (30... 70 м/с) и за очень ко­
роткий промежуток времени (в течение тысячных и стотысячных до­
лей секунды);

4) абразивные зерна расположены в теле круга хаотически, в свя-
зи с чем чаще всего имеют отрицательные передние углы и углы реза­
ния, большие 90°;

5) большие скорости резания и неблагоприятная геометрия режу­
щих зерен способствуют развитию в зоне резания высоких темпера­
тур (1000... 1500 °С);

6) управлять процессом шлифования можно только изменением
режимов резания, так как изменение геометрии абразивного зерна,
выполняющего роль резца или зуба фрезы, практически трудноосу­
ществимо;

7) абразивный инструмент может в процессе работы самозатачи­
ваться, что происходит, когда режущие грани зерен затупляются, что
вызывает увеличение сил резания, а следовательно, и сил, действую­
щих на зерно; в результате затупленные зерна выпадают, или вырыва­
ются, из связки, раскалываются, и в работу вступают новые острые
черна;

8) шлифованная поверхность образуется в результате одновре­
менного действия как геометрических факторов, характерных для
процесса резания лезвийными РИ, так и пластических деформаций,
сопровождающих этот процесс.

При изучении механизма образования шлифованной поверхно­сти основное внимание уделяют вопросу образования шероховатости и волнистости. С геометрической точки зрения шероховатость обра­зуется в результате копирования на обрабатываемой поверхности траектории движения режущих абразивных зерен. Пластические де­формации, происходящие в процессе резания, сильно искажают микрорельеф, получающийся в результате действия геометрических факторов. При этом надо иметь в виду следующее [78]:

1) для большего приближения к действительному процессу
стружкообразования следует рассматривать врезание зерен в шерохо­
ватую поверхность, а сами зерна считать хаотично расположенными
во всем объеме круга (рис. 7.1); шлифование должно рассматриваться
как явление пространственное, а не плоскостное; в зоне резания об­
рабатываемая элементарная поверхность (например, на участке 1) за
время ее контакта с шлифовальным кругом соприкасается не с одним
рядом зерен, а с несколькими;

2) чем меньше неровности абразивного режущего контура, тем
ближе он подходит к сплошному режущему лезвию и тем менее шеро­
ховатой получается обработанная поверхность; одинаковый режу­
щий контур можно создать уменьшением номера зернистости или
увеличением времени абразивного воздействия, например путем по -

1 2

3 4

Рис. 7.1. Схема образования шлифованной поверхности:

7 — исходная шероховатая поверхность до шлифования; 2 — шлифовальный круг; 3, 4, 5, 7 — пер­вый ряд абразивных зерен (сплошные линии), находящихся на одной образующей; 6 — второй (со­седний) ряд зерен (штриховые линии); 8 — профиль шлифованной поверхности после выхода ее из

зоны контакта с кругом

нижения скорости вращения детали или уменьшения продольной подачи за один оборот изделия;

3) упорядоченный режущий рельеф достигается алмазной прав­
кой; в процессе шлифования по мере разрушения и выпадения от­
дельных зерен упорядоченный режущий рельеф нарушается; режу­
щие кромки располагаются хаотически, и процесс стружкообразова­
ния протекает по схеме, показанной на рис. 7.1; при шлифовании в
режиме самозатачивания круга процесс стружкообразования идет в
основном по той же схеме;

4) абразивные зерна в процессе врезания можно разделить на ре­
жущие (например, зерна 3, 7); скоблящие, если они врезаются на
столь малую глубину, что происходит лишь пластическое выдавлива­
ние металла без снятия стружки (на схеме они не указаны); давящие
(зерно 5) и нережущие (зерно 4); в реальном процессе шлифования
примерно 85...90 % всех зерен не режет, а так или иначе пластически
деформирует тончайший поверхностный слой, т. е. наклепывает его,
из-за чего микротвердость могла бы значительно возрасти, но этому
противодействует явление возврата (отдыха), происходящего из-за
высокой температуры резания; тем не менее при тонких процессах
шлифования и особенно при выхаживании эффект наклепа резко
возрастает, а шероховатость уменьшается; скоблящих и давящих зе­
рен становится больше, и они упрочняют поверхностный слой;

5) на величину шероховатости влияет не только зернистость, но и
связка абразивного инструмента, оказывающая полирующий эф­
фект, который больше проявляется при меньших скоростях враще-

I

ния круга (о характеристиках абразивных инструментов сказано в разделе «Инструментальные материалы»).

Доказано, что по убывающей степени влияния на уменьшение шероховатости шлифованной поверхности основные технологиче­ские факторы можно распределить в таком порядке: выхажива­ние — алмазная правка круга — скоростное шлифование — умень­шение величины зерен круга —- варьирование режимными фактора­ми — влияние материала связки — влияние химического состава и качества СОЖ. Установлено, что шлифованная поверхность не мо­жет представлять собой массу параллельных рисок как точное вос­произведение или след движения абразивных зерен. В результате больших удельных давлений при резании и возникающих при этом пластических деформаций поверхностные слои металла вытягивают­ся и образуют надрывы с поперечными скоплениями металла. В ре­зультате значительного разогрева тончайшего слоя имеет место «раз­мазывание» размягченного металла по обработанной поверхности. Эти явления сильно изменяют рельеф поверхности по сравнению с рельефом, образованным чисто геометрическими факторами [78].

7.2. МЕТОДЫ ШЛИФОВАНИЯ. ЭЛЕМЕНТЫ РЕЖИМА РЕЗАНИЯ

Основными методами шлифования являются [78]:

1) наружное круглое с продольной или осевой подачей; с попереч­
ной подачей (рис. 7.2); бесцентровое (рис. 7.3);

2) внутреннее (при вращающейся детали с продольной и попереч­
ной подачами; бесцентровое; при неподвижной детали — планетар­
ное — рис. 7.4);

3) плоское (периферией; торцом круга) — рис. 7.5;

4) специальное (резьбовое, фасонное).

Процесс шлифования обычно осуществляется посредством трех движений: вращения шлифовального круга, вращения или переме­щения (кругового или возвратно-поступательного) детали и движе­ния подачи, осуществляемого кругом или обрабатываемой деталью. Некоторые из указанных движений могут отсутствовать, например нозвратно-поступательное движение детали или круга при врезном шлифовании, однако вращение шлифовального круга является не­отъемлемым условием процесса шлифования.

где D K — диаметр круга, мм; n к — частота вращения круга в минуту

Скорость вращения (м/с) шлифовального круга является скоро­стью резания и определяется по формуле

Рис. 7.2. Наружное круглое шлифование в центрах

Скорость вращения детали v _д при круглом наружном и внутрен­нем шлифовании определяют по формуле (м/мин):

где D _д — диаметр детали (или отверстия), мм; п _д— частота вращения детали в минуту.

Глубина резания, равная поперечной подаче S_n, при круглом на­ружном (см. рис. 7.2, а) и внутреннем шлифовании с продольной пода­чей устанавливается за двойной или один ход обрабатываемой детали или круга. При черновом наружном шлифовании t = 0,01...0,07 мм/дв.ход, при чистовом t = 0,005...0,02 мм/дв. ход.

Продольную подачу назначают в долях ширины круга или милли­метрах за один оборот обрабатываемой детали. При черновом наруж­ном шлифовании S _прод ⁼ (0,3...0,85) В, при чистовом S _прод= (0,2...0,3) В.

Глубинное шлифование (см. рис. 7.2, в) применяют при обработке жестких коротких деталей со снятием припуска до 0,4 мм за один проход. Величину продольной подачи выбирают в пределах S _прод ⁼ 1--6 мм/об, детали. Чем больше диаметр детали, тем большее принимают значе­ние S _прод. Основную работу резания выполняет коническая часть кру­га, а цилиндрическая только зачищает обрабатываемую поверхность. Разновидностью глубинного шлифования является одновременная

Рис. 7.3. Бесцентровое шлифование

обработка двумя кругами (см. рис. 7.2, г). Шлифование методом вре-зания (см. рис. 7.2, б) чаще применяют при обработке кругом 1 фасон-ных, а также коротких жестких деталей 2. Поперечная подача при этом принимается 0,002...0,005 мм/об. Иногда задается минутная по­дача от 0,8 до 3 мм в минуту. Схема к расчету машинного времени при круглом наружном шлифовании представлена на рис. 7.2, д, а для внутреннего — на рис. 7.4, в.

Бесцентровое шлифование может применяться для обработки как внутренних, так и наружных поверхностей, осуществляться напроход и до упора. Ниже приведены основные особенности процесса бес­центрового шлифования на примере обработки наружной поверхно­сти гладкого цилиндрического валика (см. рис. 7.3, а). Деталь 2 поме­щается на опорном ноже 4 между двумя вращающимися с различны­ми скоростями кругами 1 и 3. Круг 1 — рабочий и осуществляет про­цесс резания, а круг 3— ведущий, обеспечивает вращательное и поступательное движения детали из-за разворота его оси относитель­но оси рабочего круга на угол а = 1...5⁰. Ось детали устанавливается выше осей кругов на величину h — (0,1...0,3) D _д. Большее значение h берется при обработке деталей меньшего диаметра. Вектор скорости ведущего круга раскладывается на вектор скорости вращения детали v _д (см. рис. 7.3, 6) и вектор скорости продольного ее перемещения uj. Аналогично можно разложить и вектор силы Р_д и P_s. Рабочий круг вращается со скоростью 30...35 м/с, ведущий — со скоростью 15...30 м/мин. В результате разных скоростей вращения кругов трение между ведущим кругом и деталью значительно больше окружной силы реза­ния, что обеспечивает вращательное движение детали. Для увеличе-ния силы трения ведущий круг изготовляется на вулканитовой связке зернистостью 10—12 и твердостью СТ2—Т1 [78].

Значение о_д рассчитывают по формуле (м/мин)

(7.3) 317

Если а = 5° (cos 5° = 1), то v _д = v _вк (без учета кругового проскаль­зывания в месте контакта).

Значение vs рассчитывают по формуле (м/мин)

(7.4)

где K — 0,95...0,99 — коэффициент осевого проскальзывания детали. Зная v_s и n _д, можно определить продольную подачу на оборот де­тали:

(7.5)

Рис. 7.4. Внутреннее шлифование

Величина угла а в некоторой степени влияет на производитель­ность обработки и качество шлифованной поверхности. Чем больше а, тем выше производительность, но хуже качество обработанной по­верхности. Для чернового шлифования принимают а = 5...3 и 1..2° для чистового. Что касается внутреннего бесцентрового шлифова­ния, то все основные движения сохраняются, как и при внутреннем обычном шлифовании (см. рис. 7.4, а). Принципиальное отличие бесцентрово-шлифовальных станков заключается в способе зажима изделия, который осуществляется, как показано на рис. 7.4 г Деталь

1 устанавливается между роликами 2, 3 и 4. Ролик 2 сообщает враще­ние детали и называется ведущим. Ролик 3 фиксирует положение де­тали и называется опорным. Ролик 4 служит для прижима изделия во время шлифования и называется прижимным. Ведущий ролик вра­щается от специального привода и из-за трения вращает деталь, кото­рая в свою очередь вращает опорный и прижимной ролики. Послед­ний имеет дополнительное периодическое движение в вертикальной плоскости для освобождения детали с целью осуществления ее за­грузки и разгрузки. В осевом направлении деталь фиксируется опор­ной планкой или опорной втулкой, которая вращается вместе с дета­лью из-за прижима к ней детали. Сила прижима создается поворотом оси ведущего ролика в вертикальной плоскости на угол 30'. При внут­реннем шлифовании деталь и шлифовальный круг вращаются в од­ном направлении, как при бесцентровом наружном шлифовании.

Способ бесцентрового зажима может применяться только для из­делий, имеющих цилиндрическую наружную поверхность, строго концентричную обрабатываемому отверстию. Использование этого способа позволяет повысить точность обработки благодаря отсутст­вию дополнительного зажимного приспособления, применяемого в станках патронного типа. Однако следует иметь в виду, что геометри­ческие погрешности наружной поверхности обрабатываемой детали (овальность, гранность и т. д.) вызывают неточности вращения ее в процессе обработки, что влечет за собой снижение точности шлифо­вания. Кроме того, применение процесса бесцентрового внутреннего шлифования является экономичным только в случае обработки боль­ших партий деталей, так как станки для бесцентрового внутреннего шлифования в основном работают с полным автоматическим циклом шлифования.

Внутреннее круглое шлифование может осуществляться обыч­ным и планетарным способами. В первом случае (см. рис. 7.4, а) де­таль закрепляется в патроне и имеет вращательное движение; круг вращается и имеет возвратно-поступательное движение (S _прод) и по­перечную подачу (S _п) на каждый двойной ход. При планетарном спо­собе деталь неподвижна, а все движения осуществляются кругом (см. рис. 7.4, б). Этот метод применяется для обработки крупных и тяже­лых деталей. Шлифовальный шпиндель станка имеет четыре движе­ния: 1) вокруг своей оси со скоростью до 35 м/с; 2) планетарное во­круг оси обрабатываемого отверстия со скоростью 40...60 м/мин; 3) возвратно-поступательное вдоль оси изделия, измеряемое в долях ширины круга; 4) поперечную подачу, осуществляемую после каждо­го двойного хода (от 0,008 до 0,05 мм/дв. ход).

Рис. 7.5. Плоское шлифо­вание

Внутреннее круглое шлифование проте­кает в более тяжелых условиях, чем наруж­ное. Связано это с тем, что нагрузка на каж­дое зерно круга для внутреннего шлифова­ния больше, чем для наружного, так как по­верхность контакта «круг — деталь» велика. Диаметр шлифовального круга D_K меньше диаметра обрабатываемого отверстия D и составляет D_K = (0,75...0,5)Z>. Кроме того, размеры посадочного отверстия кругов для внутреннего шлифования малы, а поэтому шпиндель недостаточно жесткий. Проник­новение СОЖ в зону резания плохое, что приводит к снижению теплоотвода. Учиты­вая ухудшенные условия внутреннего шли­фования, режимы резания (глубину и пода­чу) принимают примерно в два раза мень­шими, чем при наружном круглом шлифо­вании.

Плоское шлифование осуществляется двумя методами: перифе­рией круга (рис. 7.5, а) и торцом круга (рис. 7.5,6). Для этого могут ис­пользоваться круглые или прямоугольные столы. При шлифовании торцом круга поверхность контакта значительно больше, чем при шлифовании его периферией; имеет место большее тепловыделение в зоне резания. По этой причине шлифование торцом круга применя­ют для обработки массивных и жестких деталей. Для лучшего исполь­зования режущей способности круга ось шпинделя круга устанавли­вается под некоторым углом (≈ 30').

Вместе с тем при плоском шлифовании торцом круга абразивные зерна более продолжительное время находятся в работе и быстрее ту­пятся. Поэтому для плоского шлифования обычно выбирают более мягкие круги, чем для круглого. Глубина резания принимается 0,05...0,1 мм. Большие значения берутся для более жестких деталей. Остальные элементы режима резания для плоского шлифования вы­бирают такие же, как и для круглого шлифования [78].

7.3. ПОПЕРЕЧНОЕ СЕЧЕНИЕ СРЕЗАЕМОГО СЛОЯ ПРИ ШЛИФОВАНИИ

За один оборот детали снимается слой металла сечением F = ts. Вместе с тем работу круга характеризует среднее мгновенное сечение слоя, снимаемого в данный момент времени. Его величину определя­ют так.

Объем слоя металла, снимаемого за один оборот детали,

(7.6)

Длина абразивной поверхности, работающей в течение одной ми­нуты, или путь, пройденный кругом относительно детали за одну ми -

о,

■)■

ок 100

нуту, L = nD_Kn_K (вращением детали пренебрегают, так как

Путь, пройденный периферийными точками круга за один оборот

детали,

(7.7)

Среднее мгновенное сечение слоя, снятого всеми абразивными зернами f равно всему снятому объему металла, деленному на путь l (мм):

(7.8)

Анализ последней формулы показывает, что с увеличением v _д возрастает f, а следовательно, возрастает и нагрузка на каждое зерно, круг изнашивается быстрее, а шероховатость поверхности увеличива­ется. При росте v _к картина обратная. Отсюда следует, что для получе­ния менее шероховатой поверхности необходимо работать с возмож­но большей v _к, меньшей v _д и малыми t и S. Уменьшению шероховато­сти поверхности способствует также обработка ее мелкозернистыми кругами. С уменьшением частоты вращения детали увеличивается время воздействия теплового источника на каждую точку обрабаты­ваемой поверхности, что может привести к образованию прижогов. Поэтому при чистовом и скоростном шлифовании увеличивают v _д, и для того чтобы при этом f не возрастало, во столько же раз повышают и_к. Это способствует росту производительности обработки и сниже­нию вероятности получения шлифованной поверхности с прижогами.

Если известно мгновенное сечение снимаемого слоя f, можно по­лучить среднюю мгновенную толщину слоя (среднюю глубину реза­ния), снимаемого всеми абразивными зернами:

(7.9)

21-2719

Рис. 7.6. Схемы для определения длины дуги контакта «круг — деталь»

при шлифовании

Из рис. 7.6 видно, что длина дуги контакта круга с изделием при­мерно равна дуге АВ. Истинное значение длины дуги контакта зерна с обрабатываемой деталью больше, чем дуги АВ, на величину дуги ВВ\, равной дополнительному повороту детали за время поворота круга на угол 5.

Формула для определения длины дуги контакта имеет вид (мм):

(7.10)

Знак плюс берется при одноименном вращении круга и детали, а минус — при их противоположном вращении.

В пределах дуги контакта при снятии слоя глубиной / действуют одновременно Z зерен. Считают, что

где /₃ — условный «шаг» между зернами, или среднее расстояние ме­жду ними.

После преобразований

Тогда средняя толщина слоя, срезаемого одним зерном,

(7.11)

где S_npoa — продольная подача круга, мм/об детали; В — ширина кру-

S_npoa га, мм.

Как видно, толщина слоя, срезаемого одним абразивным зерном, увеличивается с ростом окружной скорости детали и_д, поперечной подачи t, расстояния между зернами k; продольной подачи.У_Пр_Од и уменьшается с увеличением окружной скорости и_к, диаметра детали d, диаметра круга D_K и его ширины В.

Сравнение а^ср при различных видах шлифования (наружного круглого, рис. 7.6, а; плоского, рис. 7.6, в; внутреннего, рис. 7.6, б) по­казывает следующее. Круг должен находиться в контакте с образую­щей отверстия, обращенной в сторону оператора. Во всех случаях «шаг» между зернами принимается постоянным, т. е. /3 = const, но £к.нар < Аспл < £_к.вн- Так как /з = const, а_г обратно пропорциональна L_K, т. е. а_гнар > a_ZuR > a_ZBa [78].