Величина поперечной подачи,S n или глубина резания представ­ляет собой толщину слоя металла (припуска), снимаемого за один ра­бочий ход. При круглом шлифовании она колеблется в пределах 0,005 до 0,015 ми, при черновом шлифовании - от 0,02 до 0,05 мм, иногда глубина шлифования может быть и больше. Исходя из технологии шли­фования и количества переходов при обработке (черновое, получистовое и чистовое) устанавливается (путем расчета или по справочникам) величина припуска. При этом величина припуска для чистового шлифо­вания находится в пределах 0,05÷0,15 мм, а для чернового - 0,3÷0,5 мм, иногда (при глубинном шлифовании) припуск под обработку может достигать

2-3 мм и более.

Шлифованию подвергаются, преимущественно, закаленные стали, твердые сплавы, керамика, сверхтвёрдые материалы, которые обладают различными физико-механическими свойствами и вследствие этого раз­личной шлифуемостью.

2.Устройство шлифовальных станков, органы управления и схемы обработки.

Процесс шлифования осуществляется на шлифовальных станках (ШС). ШС позволяют обрабатывать наружные и внутренние цилиндрические и конические плоские ифасонные поверхности, профиль резьбы и зубча­того венца, сложные поверхности режущих инструментов.

Наиболее распространенными являются кругло- и плоскошлифовальные станки

На круглошлифовальном станке обрабатывают цилиндрические кони­ческие, фасонные и торцевые поверхности; на плоскошлифовальном горизонтальные, вертикальные и наклонные плоскости, а также фасон­ные линейчатые поверхности.

2.I. Круглошлифовальный станок мод. Зм151

На рис.2 представлен внешний вид круглошлифовольного станка мод.3MI5I. По направляющим его станины I перемещается в продольном на­правлении нижний стол 2. На нём установлен поворотный верхний стол 3. На нижнем столе крепятся упоры 4, ограничивающие продоль­ный ход стола.

На верхнем столе устанавливаются передняя 5 и задняя 9 бабки. В передней бабке 5 смонтирован привод вращательного движения заго­товки. Задняя бабка служит для установки заднего центра. Шлифоваль­ная бабка 8 закреплена на салазках и перемещается в поперечном направлении по направляющим станины. На шпиндель шлифовальной бабки устанавливается абразивный круг 7, В шкафу 6 помещен реостат для бесступенчатого регулирования частоты вращения заготовки. Внутри станины I расположен гидропривод продольного перемещения стола и поперечного перемещения шлифовальной бабки.

Основные технические данные станка следующие: наибольшие раз­меры устанавливаемой заготовки по диаметру - 200 мм, по Длине - 700 мм. Высота центров - 50÷500 мм. Частота вращения, заготовки, 50-500 мин -1 . Мощность привода шлифовального круга - 10 кВт. Ско­рость перемещения стола от гидропривода, м/мин –

0,05÷5.

Органы управления станка: маховичок ручного перемещения шли­фовальной бабки 10, рукоятки управления гидроприводом II, махови­чок ручного продольного перемещения стола 12, кнопочная станция 13.

2.2. Плоскошлифовальный станок мод.Зб722

На рис.3 показан внешний вид плоскошлифовального станка на базе модели ЗБ722. Он имеет прямоугольный стол и горизонтальный шпиндель, шлифование производится периферией круга.

Крупные заготовки с обрабатываемыми поверхностями устанавли- ваются на основном столе, заготовки малого размера - на магнитной плите пакетами.

Рис.3 Плоскошлифовальный станок

Характеристика станка: рабочая поверхность стола имеет разме­ры 320 х 1000 мм; максимальное расстояние от оси шпинделя, до сто­ла –

630 мм; диаметр шлифовального круга - 450 мм; частота враще­ния шлифовального круга со встроенным шпинделем - 1400 мин -1 . Продольная подача (скорость продольного перемещений стола) - 2 - 40 м/мин; поперечная подача шлифовальной бабки - 1 - 30 мм/ход стола вертикальная подача шлифовальной бабки 0,005 - 0,1 мм/ход стола. На станке можно обрабатывать поверхности с отклонением по всей плоскости на 0,012 мм, параллельность обрабатываемой поверхности к основанию - с отклонением 0,015 мм.

На станине I (рис.3), установлен продольный стол 2, получающий горизонтальное возвратно-поступательное движение от гидропривода, Рабочая плоскость стола имеет Т-образные пазы, используемые для закрепления заготовки или приспособление 3 магнитного стола. На боковой поверхности стола вдоль паза устанавливают передвижные упоры 4, которые воздействием на рычаг 5 реверсируют движение стола. На колоне 6, установленной на станине, имеются вертикальные направляющие, по которым могут перемещаться салазки с шлифоваль­ной бабкой 7 вместе с шлифовальным кругом 6.

В процессе работы станка шлифовальный круг получает главное (вращательное) движение; стол с заготовкой - горизонтальное

воз­вратно-поступательное движение(продольную подачу); шлифовальная бабка получает периодическое горизонтальное поперечное перемеще­ние (поперечную подачу). Поперечная периодическая подача исполь­зуется в том случае, если ширина обрабатываемой заготовки больше ширины шлифовального круга.

Управление станком осуществляется с пульта управления 9, рас­положенного на передней стороне гидростанции 10, а на станине имеется маховик II для ручного перемещения шлифовальной бабки в поперечном и 12 вертикальном направлениях, а рычаги: 13 - служат для реверсирования хода стола; 14 - включение системы охлаждения зоны резания(блок 15), 16 - крестовый суппорт.

Системами ЧПУ оснащают плоскошлифовальные, кругло- и бесцентрово-шлифовальные и другие станки. При создании шлифовальных станков с ЧПУ возникают технические трудности, которые объясняются следующими причинами. Процесс шлифования характеризуется, с одной стороны, необходимостью получения высокой точности и качества поверхности при минимальном рассеянии размеров, с другой стороны, - особенностью, заключающейся в быстрой потере размерной точности шлифовального круга вследствие его интенсивного изнашивания в процессе работы. В этом случае в станке необходимы механизмы автоматической компенсации изнашивания шлифовального круга.

ЧПУ должно компенсировать деформации системы СИД, температурные погрешности, различия припусков на заготовках, погрешности станка при перемещении по координатам и т.д. Измерительные системы должны иметь высокую разрешающую способность, обеспечивающую жесткие допуски на точность позиционирования. Например, в круглошлифовальных станках такие приборы обеспечивают непрерывное измерение диаметра заготовки в процессе обработки с относительной погрешностью не более 2х10 -5 мм. Контроль продольных перемещений стола осуществляется с погрешностью не более 0,1 мм.

Для шлифовальных станков используют системы типа CNC с управлением по трем-четырем координатам, но в станках, работающих несколькими кругами, возможно управление по пятишести и даже по восьми координатам. Взаимосвязь между оператором и системой ЧПУ (CNC) шлифовального станка в большинстве случаев осуществляется в диалоговом режиме с помощью дисплея. В системе управления применяются встроенные диагностические системы, повышающие надежность станков.

Наиболее распространены круглошлифовальные станки с ЧПУ, дающие максимальный эффект при обработке с одной установки многоступенчатых деталей типа шпинделей, валов электродвигателей, редукторов, турбин и т.д. Производительность повышается в основном в результате снижения вспомогательного времени на установку заготовки и съем готовой детали, на переустановку для обработки следующей шейки вала, на измерение и т.д. При обработке многоступенчатых валов на круглошлифовальном станке с ЧПУ достигается экономия времени в 1,5 - 2 раза по сравнению с ручным управлением.

Бесцентровые круглошлифовальные станки эффективно применяют при обработке деталей малого и большого диаметров без ограничения длины, либо тонкостенных деталей, а также деталей, имеющих сложные наружные профили (поршень, кулак и т.д.). В условиях массового производства эти станки характеризуются высокой производительностью и точностью обработки. В мелкосерийном и индивидуальном производстве применение таких станков ограничено из-за трудоемкости переналадки. Расширение областей применения бесцентровых круглошлифовальных станков сдерживают два фактора: большие затраты времени на правку кругов и сложность наладки станка, что требует значительных затрат времени и высокой квалификации персонала. Это объясняется тем, что в конструкции этих станков существуют шлифовальный и ведущий круги; устройства правки, обеспечивающие придание соответствующей формы поверхностям шлифовального и ведущего кругов; возможность установки положения опорного ножа; механизмы компенсационных подач шлифовального круга на обрабатываемую деталь и на правку, а также ведущего круга на деталь и на правку; установка положения загрузочного и разгрузочного устройств.

Применение СЧПУ позволило управлять многокоординатным функционированием бесцентровых круглошлифовальных станков. В системе управления станком используют программные модули, которые рассчитывают траектории инструмента (круга, алмаза), его коррекцию и взаимодействие с человеком. Для обработки деталей с различными геометрическими формами (конус, шар и др.) создается программное обеспечение: диспетчер режимов, интерполятор и модуль управления приводами.

При обработке и правке число сочетаемых управляемых координат может доходить до 19, в том числе по две-три координаты отдельно для правки шлифовального и ведущего кругов.

В условиях серийного производства применение СЧПУ обеспечивает гибкое построение цикла шлифования и правки, что позволяет быстро переналаживать станки на обработку других изделий.

Наличие многокоординатной системы ЧПУ обеспечивает большую универсальность станка, малые величины подачи кругов, что позволяет эффективно управлять процессами шлифования и правки.

СЧПУ бесцентровых круглошлифовальных станков строится по агрегатному принципу (например, на станках японских фирм). На станке возможна установка любого из четырех вариантов управления станком от СЧПУ:

• одна управляемая координата - поперечная подача шлифовального круга;
• две управляемые координаты - поперечная подача шлифовального круга и правящего алмаза в целях их синхронизации;
• три управляемые координаты - поперечная подача шлифовального круга, а также поперечная и продольная подачи алмаза при его правке;
• пять управляемых координат - поперечная подача шлифовального круга, а также поперечная и продольная подачи алмазов при правке шлифовального и ведущего кругов.

Использование СЧПУ для управления бесцентровыми круглошлифовальными станками позволяет существенно упростить конструкции ряда механических узлов: устройств правки (в результате отказа от копирных линеек, механизмов подачи алмазов и т.д.), приводов продольного перемещения устройств правки, механизмов тонкой подачи шлифовального и ведущего кругов, контрольных и контрольно-подналадочных устройств и др.

Контрольные вопросы

1. Каковы технические трудности создания шлифовальных станков с ЧПУ?
2. Какими системами ЧПУ оснащают шлифовальные станки?

ГЛАВА 17. ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ.

§ 1. НАЗНАЧЕНИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ.

Системами ЧПУ оснащают круглошлифовальные, внутри-шлифовальные, плоскошлифовальные, бесцентрово-шлифовальные, контурошлифовальные и другие станки. При этом возникают технические трудности, которые объясняются следующими причинами. Процесс шлифования характеризуется, с одной стороны, необходимостью получения высокой точности и качества поверхности при минимальном рассеянии размеров, с другой стороны - особенностью обрабатывающего инструмента, заключающейся в быстрой потере размерной точности шлифовального круга вследствие его интенсивного изнашивания в процессе работы. Следовательно, в станке необходимы механизмы автоматической компенсации изнашивания шлифовального круга. Система ЧПУ должна быть замкнутой для компенсации деформаций системы СПИД, температурных погрешностей, разных припусков на заготовках, неточностей станка и т. д. Измерительные системы должны иметь высокую разрешающую способность, обеспечивающую жесткие допуски на точность позиционирования, например, в круглошлифовальных станках такие приборы обеспечивают непрерывное измерение диаметров в процессе обработки с относительной погрешностью не более 2 X 10 -5 мм. Контроль продольных перемещений стола должен осуществляться с погрешностью не более 0,1 мм для круглошлифовальных станков и 0,02-0,03 мм для торцекруглошлифовальных.

Из-за большого количества неопределенной технологической информации, содержащейся в программе, нецелесообразно использовать программоноситель на перфоленте. Поэтому для шлифовальных станков часто используют системы типа CNC. Для этих систем характерно управление по 3-4 координатам, но в станках, работающих несколькими кругами, возможно управление по 5-6 и даже 8 координатам. Взаимосвязь между оператором и системой ЧПУ (CNC) шлифовального станка в большинстве случаев осуществляется в диалоговом режиме с помощью дисплея. Имеется также возможность дистанционного ввода программ от центральной ЭВМ при включении станка в автоматизированный участок. Применяются встроенные диагностические системы, повышающие надежность станков.

Наиболее распространены круглошлифовальные станки с ЧПУ, дающие максимальный эффект при обработке с одной установки многоступенчатых деталей типа шпинделей, валов электродвигателей, редукторов, турбин и т. д. Производительность повышается в основном в результате снижения вспомогательного времени на установку заготовки и съем готовой детали, на переустановку для обработки следующей шейки вала, на измерение и т.д. При обработке многоступенчатых заготовок на круглошлифовальном станке с ЧПУ достигается экономия времени в 1,5-2 раза по сравнению с ручным управлением.

Профилешлифовальные станки с ЧПУ в отличие от оптических профилешлифовальных станков имеют высокую производительность и не требуют для обслуживания высококвалифицированных операторов. Станки этого типа выпускают с вертикальным шпинделем (контурно-шлифовальные) и с горизонтальным шпинделем (профилешлифовальные).

В профилешлифовальном станке 3Г95Ф3 формообразующие движения для обработки профиля А-Б (рис. 130) заготовки 1 осуществляются с помощью шаговых двигателей ШД5-Д1 через червячные редукторы и передачи винт-гайка качения. Обеспечивается перемещение стола по координатам X"-Y" с дискретностью 0,00025 мм. Ориентация круга 3 относительно оси 0-0 задается программируемым шаговым двигателем. Правка круга алмазным инструментом 2 осуществляется по команде от программы. Шлифовальный круг подается при правке с помощью храпового механизма, одновременно от привода осуществляется поворот круга. Имеется осветитель и проектор для наблюдения и контроля готовой детали. Станок обеспечивает шероховатость поверхности Ra=0,32-:-0,16 мкм и точность профиля около 10 мкм.

Рис. 130. Схема обработки на профилешлифовальном станке с ЧПУ

Наметилась тенденция к созданию многоцелевых шлифовальных станков для обработки в патроне с одного установа внутренних и внешних поверхностей заготовок типа тел вращения. Такие станки часто имеют несколько шлифовальных шпинделей и могут входить в гибкий производственный модуль, обслуживаемый промышленным роботом. В этом случае станок должен иметь автоматическую смену инструмента либо с целью замены изношенного круга, либо круга, соответствующего обрабатываемому отверстию. Вместимость магазина инструментов 12-18 шт.

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЧПУ В ШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКАХ

Использование в крупносерийном и массовом производстве гибких (с автоматизированной переналадкой) автоматических линий, многооперационных станков, промышленных роботов, управляемых от ЭВМ, позволяет производить быструю переналадку этих линий на другой тип изделий, а также повысить коэффициент использования оборудования.

Системы ЧПУ широко применяются в шлифовальных станках. Благодаря ЧПУ упрощается переналадка, повышается точность обработки в результате использования прецезионных элементов привода (передача винт - гайка качения) и точных измерительных средств.

Так как операции шлифования, как правило, завершающие, то шлифовальные станки должны обеспечить точность позиционирования гораздо более высокую, чем станки других типов. Это требует использования в станках с ЧПУ измерительных систем с высокой разрешающей способностью, обеспечивающих жесткие допуски на точность позиционирования. Кроме того, в шлифовальных станках изменение диаметра шлифовального круга ввиду его износа и правки вызывает необходимость применения механизма автоматической компенсации шлифовального круга. Эти особенности шлифовальных станков вызывают технические трудности при оснащении станков системами ЧПУ и увеличивают их стоимость.

Наибольшее распространение получили кругло-шлифовальные станки с ЧПУ. Их применение особенно целесообразно в тех случаях, когда должна обрабатываться деталь с различными переходами, например шейками различных диаметров. Применение станка с ЧПУ особенно эффективно в мелкосерийном и единичном производстве, где величина партии настолько мала, что постоянная переналадка приводит к большим затратам времени.

5.2. ОБЩАЯ СТРУКТУРА СИСТЕМ СЧПУ

Числовым программным управлением станка называют управление обработкой заготовки по управляющей программе, в которой данные заданы в цифровой форме. Устройство, выдающее команды на исполнительные органы станка в соответствии с управляющей программой и информацией о состоянии объекта (станка), называется устройством числового программного управления (УЧПУ). УЧПУ, алгоритмы работы которого реализуются схемным путем (специальным построением полупроводниковых схем - функциональных узлов и блоков) и не могут быть изменены после изготовления устройства, называется аппаратным устройством числового программного управления (NC). УЧПУ, алгоритмы работы которого реализуются с помощью программ, вводимых в его память, и могут быть изменены после изготовления устройства, называется программируемым устройством числового программного управления (CNC). УЧПУ типа CNC, как правило, строится на базе микроЭВМ и может быть совмещено с ЭВМ. Числовое программное управление группой станков от ЭВМ, имеющей общую память для хранения управляющих программ, распределяемых по запросам станков, называ

ется групповым числовым программным управлением станками (DNC).

Обобщенная структурная схема УЧПУ приведена на рис. 5.1. Управляющая программа считывается в устройстве ввода (1), т. е. преобразуется в электрические сигналы, которые направляются в устройство обработки программы (2), которое, в свою очередь, через устройство управления привода (3) воздействует на привод подачи

(4). Величина перемещения узла (суппорта) контролируется датчиком (5), который включен в цепь обратной связи. Информация с датчика проходит через устройство обратной связи (6), где происходит сравнение фактического перемещения с заданным по программе. Необходимые коррективы вносятся в последующее движение суппорта. Дополнительные функции (включение привода других узлов, выключение привода других узлов и т. п.) выполняются исполнительными органами этих узлов

(5) при получении команды от устройства технологических программ (7), которые получены из устройства ввода (1). На схеме показана работа УЧПУ замкнутого использования, т. е. когда обратная связь идет по одной координате. В случае выполнения УЧПУ разомкнутого исполнения датчика (5) и устройство

(6) обратной связи отсутствуют, что снижает точность обработки, и поэтому в шлифовальных станках применяются редко.

Системы ЧПУ можно классифицировать по виду управления движения: позиционные (П) и прямоугольные или контурные (Н).

Позиционные СЧПУ. При позиционировании рабочий узел станка (например, суппорт, шпиндельная бабка) перемещается в новую точку, причем перемещение должно быть произведено по произвольной траектории за кратчайшее время. Число управляемых координат - до пяти, одновременно управляемых координат - не более двух, причем рабочая подача

Качество обработки шлифованием в большой степени определяется степенью соответствия реальных параметров процесса оптимальным. По причине износа и правок шлифовального круга его диаметр изменяется, что вызывает изменение скорости резания и нарушение оптимальных условий обработки. Для стабилизации скорости резания на оптимальном уровне независимо от величины износа шлифовального круга и предназначена данная САУ.

Шлифовальный круг 1 установлен на шпинделе инструментальной бабки 2, имеющей устройство правки с правящим инструментом 3. Суппорт 4 правящего устройства связан с потенциометром 5, выполняющий функции преобразователя перемещения. Двигатель 6 главного движения является регулируемым двигателем постоянного тока и имеет тахогенератор7. Тиристорный преобразователь 8 предназначен для питания двигателя 6. В САУ входят также сравнивающее устройство 9, суммирующее устройство 10 и усилитель 11.

При работе САУ на вход суммирующего устройства 10 подается задающий сигнал в виде напряжения U о. С потенциометра 5 поступает на другой вход устройства 10 сигнал U, пропорциональный величине износа шлифовального круга 1. Суммарный сигнал через усилитель 11 подается на вход этого устройства, поступает сигал обратной связи тахогенератора 7, а напряжение ошибки поступает на вход тиристорного преобразователя 8 питания двигателя 6.

Во время правки круга 1 увеличивается напряжение , увеличивается ошибка, вырабатываемая сравнивающим устройством 9. В результате усиливается напряжение тиристорного преобразователя 8 и повышается угловая скорость двигателя 6 так, чтобы скорость резания соответствовала заданной. При повышении скорости двигателя увеличивается напряжение на выходе тахогенератора 7 и ошибка САУ уменьшится до порога чувствительности. Угловая скорость шлифовального круга стабилизируется на новом уровне и, таким образом, скорость резания остается постоянной.

7. Система автоматического управления гидросуппортом токарного станка.

Гидравлические копировальные устройства, применяемые на токарных станках, предназначены для автоматизации процесса обработки сложных фасонных поверхностей деталей машин, имеющих, как правило, круглое поперечное сечение.

О
брабатываемая деталь 1 установлена в патроне 2 в заднем центре токарного станка. Резец 4 закреплен в резцедержателе каретки 5, связанной со штоком цилиндра 6 и расположенной на направляющих суппорта 7. С копиром 8 взаимодействует щуп 9 однокромочного золотника 10. Полости А и В цилиндра 6 соединены между собой постоянным дросселем 11.

При обработке детали 1 сообщается вращение для создания скорости резания, в суппорте 7 – движение продольной подачи. Рабочая жидкость под давлением проводиться в полость А цилиндра и через постоянный дроссель 11 попадает в полость В, откуда через щель золотника 10 на слив. На схеме видно, что величина давления в полости Б определяется открытием щели золотника 10 и величиной проводимости постоянного дросселя 11.

В нейтральном положении (при неподвижном гидросуппорте) давление в полостях А и Б таково, что поддерживается равновесие цилиндра 6.

P A F A =P Б F Б

При прохождении щупа 9 по копиру 8 изменяется осевое открытие щели золотника 10, а следовательно и давление полости Б. цилиндр 6 перемещается и перемещает корпус золотника 10. Это перемещение происходит до тех пор, пока вновь не установится равновесное состояние. Таким образом, цилиндр 6 с резцом 4 полностью отрабатывает перемещение, заданное копиром 8 и на заготовке 1 формируется заданная поверхность.

В САУ гидросуппорта в качестве объекта управления входит процесс в замкнутой технологической системе станка.