способ шлифования многоступенчатых поверхностей деталей сборным абразивным инструментом

Формула изобретения

Способ шлифования многоступенчатых поверхностей деталей сборным абразивным инструментом, при котором шлифование производят кругами со сплошной и прерывистой рабочей поверхностью, отличающийся тем, что сборному абразивному инструменту сообщают поперечную подачу на врезание, а длину рабочей поверхности режущих выступов каждого прерывистого круга определяют из условия равенства средней глубины внедрения абразивных зерен сплошного и прерывистого кругов в обрабатываемый материал в любой фиксируемый момент времени шлифования и вычисляют по формуле

где R_c - радиус сплошного круга, мм;

r_npi - радиус поверхности заготовки, контактирующей с прерывистым кругом, мм;

r_с - радиус поверхности заготовки, контактирующей со сплошным кругом, мм;

L _npi - длина кривой контакта прерывистого круга с заготовкой, мм;

L_c - длина кривой контакта сплошного круга с заготовкой, мм;

N_i - число режущих выступов прерывистого круга.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке многоступенчатых поверхностей деталей и может быть использовано для обработки ступенчатых втулок и валов, колец многорядных подшипников, шарошек буровых долот и др. деталей.

Известен способ шлифования многоступенчатых деталей (а.с. №795889, В 24 В 1/00, В 24 В 5/12), при котором шлифование всех ступеней детали производят одновременно несколькими соосно установленными кругами с прерывистыми рабочими поверхностями, при этом отношение длины рабочей поверхности шлифовального круга к длине взаимодействующей с ней поверхности заготовки постоянно.

Недостатком данного способа является то, что он не учитывает влияние режимов шлифования (частоты вращения и скорости круга и детали, поперечной подачи), которые оказывают влияние на все показатели обработки: силу резания, шероховатость шлифованной поверхности, мгновенную температуру в зоне работы зерна, износ шлифовального круга. Так как шлифовальный блок составлен из кругов разных диаметров, окружные скорости которых различны, то это приводит к неравномерному радиальному износу шлифовальных кругов и, соответственно, не обеспечивается высокая точность перепадов диаметров каждой обрабатываемой ступени.

Наиболее близким по технической сущности является способ шлифования многоступенчатых деталей (патент №2136475, В 24 В 1/00, 5/02, В 24 D 17/00), в котором используют прерывистые круги с уменьшающейся длиной режущих выступов в направлении от периферии кругов к центру. Длина выступов определяется из условия постоянства толщины снимаемого слоя во всех поперечных сечениях взаимодействующих поверхностей круга и детали в любой фиксируемый момент времени шлифования по формуле

где l_ni - длина режущего выступа круга i-го радиуса; V_кci - окружная скорость сплошного круга i-го радиуса; V_с - окружная скорость ступени детали, обрабатываемой сплошным кругом; V_c - окружная скорость ступени детали, обрабатываемой прерывистым кругом; d_n - диаметр ступени детали, обрабатываемой прерывистым кругом; D_ni - i-ый диаметр прерывистого круга; n_ш- частота вращения шпинделя шлифовального блока, d_c - диаметр ступени детали, обрабатываемой сплошным кругом; D_ci - i-ый диаметр сплошного круга.

Этот способ тоже не обеспечивает высокую точность взаимного расположения поверхностей ступеней. Это вызвано тем, что длина режущих выступов l_ni определена зависимостью, не учитывающей величину поперечной подачи, которая необходима для съема припуска при врезном шлифовании и которая так же, как и другие режимы шлифования, влияет на условия взаимодействия инструмента и заготовки. В связи с этим круги, составляющие инструмент, изнашиваются неравномерно, что приводит к снижению точности взаимного расположения обрабатываемых поверхностей. Частые периодические правки шлифовальных кругов, применяемые с целью обеспечения требуемой точности взаимного расположения ступеней детали, увеличивают расход шлифовальных кругов, правящего инструмента и снижают технико-экономические показатели технологического процесса.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что шлифование производят сборным абразивным инструментом, составленным из кругов со сплошной и прерывистой рабочей поверхностью. При этом сборному абразивному инструменту сообщают поперечную подачу на врезание, а длину рабочей поверхности режущих выступов определяют из условия равенства средней глубины внедрения абразивных зерен сплошного и прерывистых кругов в обрабатываемый материал в любой фиксируемый момент времени шлифования.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности взаимного расположения ступеней детали за счет обеспечения стабильности взаимодействия шлифовального инструмента и заготовки в каждом обрабатываемом сечении.

Длина рабочей поверхности режущих выступов в поперечном сечении каждого прерывистого круга вычисляется по формуле, которая учитывает длину контакта сплошного и прерывистых кругов с заготовкой (фиг.1), зависящую от всех режимов шлифования, в том числе и от поперечной подачи

где R_с - радиус сплошного круга, мм; r _npi - радиус поверхности заготовки, контактирующей с прерывистым кругом, мм; r_с - радиус поверхности заготовки, контактирующей со сплошным кругом, мм; L_nрi - длина кривой контакта прерывистого круга с заготовкой, мм; L_с- длина кривой контакта сплошного круга с заготовкой, мм; N_i - число режущих выступов прерывистого круга.

Средняя глубина внедрения абразивных зерен в заготовку определяется по зависимостям:

- для сплошного круга

- для прерывистых кругов

где n_k - частота вращения инструмента, об/мин; n - частота вращения детали, об/мин; t - глубина шлифования, мм; l_ср - средний шаг между зернами, мм.

Длина кривой контакта L при различных видах круглого шлифования с учетом всех режимов обработки определяется по формулам:

- для наружного встречного шлифования

- для наружного попутного шлифования

- для внутреннего встречного шлифования

- для внутреннего попутного шлифования

где V_n - поперечная подача, мм/мин.

Сущность изобретения иллюстрируется схемами (фиг.1, 2, 3). На оправку 7 жестко посажены прерывистые шлифовальные круги 1, 2 радиусами R_np1 и R_np2 и сплошной шлифовальный круг 3 радиусом R_с, которые контактируют со ступенями детали 4, 5, 6, имеющими радиусы r_пр1, r_пр2 и r_с соответственно (фиг.2). Длина режущих выступов прерывистых кругов уменьшается от периферии круга к центру в зависимости от степени износа сплошного шлифовального круга и определяется из условия равенства средней глубины внедрения абразивных зерен в обрабатываемый материал в любой фиксируемый момент времени шлифования во всех поперечных сечениях взаимодействующих поверхностей круга и заготовки (фиг.3).

Реализацию способа покажем на конкретном примере. Обработке подвергается шарошка бурового долота. Марка шлифовальных кругов - 24А16НСМ17К6А.

Исходные данные для расчета:

- радиус прерывистого круга 1 R_nр1 =90 мм,

- радиус прерывистого круга 2 R_nр2=70 мм,

- радиус сплошного круга R_c=60 мм,

- радиус ступени 4 r_nр1=110 мм,

- радиус ступени 5 r_nр2=90 мм,

- радиус ступени 6 r_с =80 мм,

- радиус предельно изношенного прерывистого круга 1 R_{nр изн1}=70 мм,

- радиус предельно изношенного прерывистого круга 2 R_{nр изн2} =50 мм,

- радиус предельно изношенного сплошного круга R_{c изн}=40 мм,

- частота вращения абразивного инструмента n_k=5000 об/мин,

- частота вращения детали n =60 об/мин,

- поперечная подача V_n=0,6 мм/мин,

- глубина шлифования t=0,01 мм.

Результаты расчетов, выполненных по зависимостям 2 и 3, показывают, что при традиционном способе шлифования средняя глубина внедрения абразивных зерен в материал заготовки в каждой обрабатываемой ступени различна (табл.1).

Для достижения технического результата необходимо, чтобы средняя глубина внедрения зерен в материал во всех поперечных сечениях взаимодействующих поверхностей инструмента и заготовки была одинакова в каждый фиксируемый момент времени шлифования.

Указанное условие обеспечивается за счет изменения суммарной длины режущих выступов прерывистого круга. Для этого определим a_zвс при обработке каждой ступени и приравняем правые части полученных выражений

После преобразования получим формулу (1) для определения длины режущих выступов прерывистых кругов.

В таблице 2 приведены расчетные значения общей длины режущих выступов прерывистых кругов и длины режущей части сплошного круга (l_с), которые определены с учетом всех режимов шлифования (в том числе поперечной подачи) и обеспечивают равенство средней глубины внедрения абразивных зерен сплошного и прерывистых кругов в обрабатываемый материал в любой фиксируемый момент времени шлифования.

Использование предлагаемого способа позволяет обеспечить стабильность условий взаимодействия шлифовального инструмента и заготовки в каждом обрабатываемом сечении и достичь более равномерного радиального износа рабочих поверхностей сборного шлифовального инструмента, а следовательно, значительно повышается точность взаимного расположения каждой обрабатываемой ступени.

Таблица 1
Радиусы шлифовальных кругов, мм	Радиусы обраба-тываемых ступеней, мм	Длина кривой контакта кругов с заготовкой, мм	Общая длина режущей поверхности шлифовальных кругов по прототипу (lni, l c), мм	Средняя глубина внедрения зерен (azвс), мкм
Rпр исх1=90	110	3,193	356	0,064
Rпр(50%) 1=80		2,46	286	0,104
R пр изн1=70		1,99	217	0,169
R пр исх2=70	90	2,549	362	0,065
Rпр(50%) 2=60		1,932	296	0,104
R пр изн2=50		1,53	236	0,165
R с исх=60	80	2,226	377	0,063
Rс(50%)=50		1,664	314	0,102
Rс изн =40		1,29	251	0,164

Таблица 2
Радиусы шлифовальных кругов, мм	Радиусы обрабаты-ваемых ступеней, мм	Длина кривой контакта кругов с заготовкой, мм	Общая длина режущей поверхности шлифовальных кругов по предлагаемому способу (lрежi·N i, lc), мм	Средняя глубина внедрения зерен (аzвс), мкм
Rпр исх1 =90	110	3,193	361	0,063
Rпр(50%) 1=80		2,46	292	0,102
R пр изн1=70		1,99	224	0,164
R пр исх2=70	90	2,549	370	0,063
Rпр(50%) 2=60		1,932	304	0,102
R пр изн2=50		1,53	238	0,164
R с исх=60	80	2,226	377	0,063
Rс(50%)=50		1,664	314	0,102
Rс изн =40		1,29	251	0,164