Теоретичні і практичні основи високопродуктивного торцевого шліфування важкооброблюваних матеріалів

При подачі напайного різця в зону шліфування при обробці його передньої поверхні він повинен рухатися тильною стороною, т. т. спочатку повинна оброблятися стальна державка зі сталі 50хФА, а потім твердосплавна головка зі сплаву Т5К10. Твердість матеріалу державки (HRC48) менша, ніж у твердого сплаву (HRA87), тому першу зону шліфування налаштовують на обробку стальної державки, а другу – на шліфування твердосплавної головки, третя зона калібруюча.

Осьова жорсткість шліфувального сегмента:

 

Jy = f (HRC) чи  , (8)

 

де HRC – твердість заготовки; (1 зона – Jy1 = 2 103 Н/м, 2 зона – Jy2 =2 104 Н/м, 3 зона – Jy3 = 4 107 Н/м) ; n, k – коефіцієнти, які залежать від механічних характеристик заготовки і круга; l – осьове пружне переміщення різального елемента. (При умові площинності різального профілю, l = const для усіх зон).

Радіус різального елемента:

 

 , (9)

 

де f и  – коефіцієнти, які враховують механічні характеристики шліфувального круга і заготовки.

На рис. 4 показана графічна інтерпретація визначення жорсткості пружного елемента і геометричних характеристик шліфувального круга в залежності від твердості оброблюваної заготовки.

Найбільш ефективно обробляти шліфувальними кругами з керуючим (стабілізованим) робочим профілем передні і задні поверхні напайних різців.

У четвертому розділі проведено математичне моделювання пружних технологічних систем одностороннього та двостороннього торцевого шліфування з метою визначення основних похибок шліфування і виробити способи їх зменшення.

Аналіз моделі (рис. 5Аа, б, в) дозволив установити статичну похибку виконання розміру за товщиною заготовки:

 

 , (10)

 

де Px, Py, Pz – складові сили різання, RKP – радіус шліфувального круга, L – довжина консолі, C – зміщення точки прикладання сили різання від горизонтальної осі.

Розрахунок просторової пружної механічної системи (рис. 5б) дозволив визначити пружні деформації   в точці прикладання сили різання із рівняння:

 

  (11)

  (12)

 

Величини V (y) і U (y) визначають неплощинність оброблюваної поверхні заготовки в залежності від її лінійних розмірів і траєкторії її руху відносно робочої поверхні шліфувального круга.

Похибка виконання розміру по товщині заготовки:

 

 , (13)

 

де RA – реакція опори A; RВ – реакція опори B; jА – жорсткість передньої опори шпиндельного вузла; jВ – жорсткість задньої опори шпиндельного вузла

Розрахунок квазістатичної моделі (рис. 5В) дозволив визначити величину (неперпендикулярність оброблених торців) :

 

 , (14)

 

де Pz – відмінність тангенціальних сил різання на шліфувальних кругах; B0 – відстань між шліфувальними кругами; t – відмінність в глибині різання із оброблюваних торців; t – середня глибина різання; H – висота оброблюваної деталі; Kpy – коефіцієнт схожості системи.

Розрахунок динамічних систем (рис. 6А, В) дозволив визначити динамічну похибку обробки – хвилястість обробленого профілю:

 

 , (15)

 

де Cв – коефіцієнт, що враховує зменшення висоти хвилястості по ширині робочої частини торця круга; X1, X2 – розрахункові амплітуди змушених коливань шліфувального круга і заготовки при односторонньому шліфуванні і двох шліфувальних кругів при двосторонньому шліфуванні, залежні від режимних факторів і динамічних характеристик ПТС.

Розрахунок динамічної системи (рис. 6Б) дозволив отримати просторове нелінійне диференціальне рівняння вимушених коливань шліфувального круга:

 

  (16)

 

Нелінійність рівняння визначається параметром L – поточним зміщенням центра прикладання сили різання від осі шліфувального круга.

Розв*язок цих рівнянь числовим методом на ЕОМ дозволило визначити параметри Y1, Y2, Z1, Z2, а також різницю Y2 – Y1, Z2 – Z1, які визначають динамічні похибки обробки заготовок (неплоскість обробленої поверхні). Також були визначені амплітудно-частотні характеристики і був установлений коефіцієнт динамічності механічної системи в двох січних площинах:

у вертикальній площині ; у горизонтальній площині

 .

У цьому ж розділі було розроблено і змодельовано на ЕОМ спосіб правки алмазного шліфувального круга (рис. 7.) абразивним кругом шляхом нанесення на робочу різальну поверхню регулярної штрихової сітки.

Було розраховано кут правки  геометрично рівний куту між дотичними до траєкторій двох шліфувальних зерен, розташованих на відстані періоду і взятих у точці перетину коливань:

 ;  ;

де R – радіус вектор точки на поверхні алмазного круга, в якій визначається кут .

Для верстату 3343  = 62 – 180, ширина алмазного круга 100 мм. Ширина правлячого кільця повинна бути якомога меншою (5 – 10 мм), а максимальний діаметр алмазного шліфувального круга не повинен перевищувати 350 – 400 мм. Матеріал алмазного кільця – карбід кремнію зеленого середньої твердості. Його зернистість повинна бути рівною або трохи більшою, ніж зернистість шліфувального круга.

У п*ятому розділі розроблена система автоматичного регулювання, що дозволяє здійснити рівний силовий вплив