RU2606143C1

RU2606143C1 - Method of grinding

Info

Publication number: RU2606143C1
Application number: RU2015141442A
Authority: RU
Inventors: Владимир Григорьевич Гусев; Алексей Валентинович Морозов
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2015-09-29
Publication date: 2017-01-10

Abstract

FIELD: metal processing.

SUBSTANCE: invention relates to abrasive processing and can be used in machine building, instrument-making for preliminary and final grinding of parts made from various materials. When grinding, tool used has two grinding wheels – coarse and fine, and preliminary and final processing of part is performed. First wheel is used to perform preliminary processing and is located between front support spindle of tool and fine wheel, and second is used for finishing, and is placed in front of coarse wheel. Diameters of grinding wheels are selected based on a given relationship.

EFFECT: providing simultaneous preliminary and final processing of parts without replacement of grinding wheel, and achieving low roughness and high geometrical accuracy of processed surfaces.

3 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано в процессах шлифования различных материалов.The invention relates to the field of abrasive processing and can be used in grinding processes of various materials.

Известен способ шлифования (см., например, пат. РФ 2008190, МКИ B24D 5/14, «Шлифовальный круг»), заключающийся в использовании шлифовального инструмента в виде соосно расположенных участков предварительного шлифования и размещенного между ними участка окончательного шлифования при этом контактирующие торцы участков окончательного и предварительного шлифования наклоняют под углом к оси вращения инструмента.A known grinding method (see, for example, US Pat. RF 2008190, MKI B24D 5/14, "Grinding wheel"), which consists in using a grinding tool in the form of coaxially located pre-grinding sections and a final grinding section placed between them, while the contacting ends of the sections final and preliminary grinding are tilted at an angle to the axis of rotation of the tool.

Недостатком способа шлифования по пат. РФ 2008190 является высокая шероховатость и низкая геометрическая точность обработанных поверхностей (значительное отклонение от плоскостности).The disadvantage of the grinding method according to US Pat. RF 2008190 is a high roughness and low geometric accuracy of the machined surfaces (a significant deviation from flatness).

Известен способ шлифования (прототип) различных материалов абразивными кругами со сплошной режущей поверхностью (см., например, пат. РФ 2200083 «Сборный продольно-прерывистый шлифовальный круг»), при котором используют шлифовальный круг, состоящий по высоте из двух соосно установленных участков для предварительного шлифования и расположенного между ними участка для окончательного шлифования. Участки для предварительного шлифования имеют более высокую зернистость, но меньшую концентрацию абразивных зерен, чем участок для окончательного шлифования.A known method of grinding (prototype) of various materials with abrasive wheels with a continuous cutting surface (see, for example, US Pat. RF 2200083 "Combined longitudinally discontinuous grinding wheel"), in which use a grinding wheel consisting of two coaxially mounted sections in height for preliminary grinding and the area located between them for final grinding. Pre-grinding sites have a higher grain size, but a lower concentration of abrasive grains than the final grinding site.

Недостатком способа шлифования по пат. 2200083 является высокая шероховатость и низкая геометрическая точность обработанных поверхностей (например, значительное отклонение от плоскостности). Известно, что геометрическая точность и шероховатость обработанной поверхности зависит от упругих перемещений элементов системы «станок-приспособление-инструмент-заготовка», при увеличении которых шероховатость и геометрическая точность снижаются. Поэтому ниже приведен анализ двух схем шлифования, на основании его результатов обоснована и выбрана схема, обеспечивающая минимальные упругие перемещения технологической системы. Выбранная схема явилась основой для разработки предлагаемого способа шлифования.The disadvantage of the grinding method according to US Pat. 2200083 is a high roughness and low geometric accuracy of the machined surfaces (for example, a significant deviation from flatness). It is known that the geometric accuracy and roughness of the processed surface depends on the elastic displacements of the elements of the machine-tool-tool-workpiece system, with an increase in which the roughness and geometric accuracy decrease. Therefore, the following is an analysis of two grinding schemes, based on its results, a scheme is justified and selected that provides minimal elastic displacements of the technological system. The selected scheme was the basis for the development of the proposed grinding method.

Технический эффект, который достигается предложенным способом, - снижение шероховатости и повышение геометрической точности шлифованных поверхностей.The technical effect that is achieved by the proposed method is to reduce roughness and increase the geometric accuracy of polished surfaces.

Технический эффект достигается тем, что используют инструмент в виде двух шлифовальных кругов - крупнозернистого и мелкозернистого, первым кругом выполняют предварительную обработку и располагают его между передней опорой шпинделя и мелкозернистым кругом, а вторым - окончательную обработку, и располагают его перед крупнозернистым кругом, при этом диаметры кругов связывают уравнением:The technical effect is achieved by using a tool in the form of two grinding wheels - coarse-grained and fine-grained, the first circle is pre-treated and placed between the front support of the spindle and the fine-grained wheel, and the second is the final treatment, and placed in front of the coarse-grained wheel, with diameters circles are connected by the equation:

d_o=d_пр+2(R_max+T),d _o = d _ol +2 (R _max + T),

где d_o, d_пр - соответственно диаметр шлифовального круга для окончательного и предварительного шлифования; R_max - максимальная высота шероховатости поверхности, обработанной кругом для предварительного шлифования; T - дефектный слой, образованный в поверхностном слое детали в результате силового и теплового воздействия на нее круга для предварительного шлифования.where d _o , d _CR - respectively, the diameter of the grinding wheel for final and preliminary grinding; R _max - the maximum height of the surface roughness treated with a wheel for preliminary grinding; T is the defective layer formed in the surface layer of the part as a result of the force and thermal action of the wheel on it for preliminary grinding.

Заготовку перед обработкой устанавливают за крупнозернистым кругом, первую половину цикла шлифования выполняют поперечной подачей в направлении от передней опоры (к оператору, обслуживающему станок), а между кругами для предварительного и окончательного шлифования создают зазор, определяемый неравенством:The workpiece before processing is set behind a coarse-grained wheel, the first half of the grinding cycle is performed by transverse feed in the direction from the front support (to the operator servicing the machine), and a gap is created between the wheels for preliminary and final grinding, determined by the inequality:

δ≥d_к,δ≥d _k ,

где d_к - диметр алмазного карандаша, используемого для правки режущих поверхностей кругов для предварительного и окончательного шлифования.where d _to - the diameter of the diamond pencil used to dress the cutting surfaces of the wheels for preliminary and final grinding.

Вторую половину цикла шлифования заканчивают обработкой заготовки мелкозернистым кругом поперечной подачей в направлении к передней опоре (от оператора, обслуживающего станок) со снятием припуска, определяемого по формуле:The second half of the grinding cycle is completed by processing the workpiece with a fine-grained circle with a transverse feed towards the front support (from the operator servicing the machine) with the removal of the allowance determined by the formula:

,

где P_Σ - суммарная сила резания; P_o, P_пр - соответственно сила резания, вызванная работой кругов для окончательного и предварительного шлифования; j - жесткость шпиндельного узла в направлении, перпендикулярном обработанной поверхности.where P _Σ is the total cutting force; P _o , P _CR - respectively, the cutting force caused by the work of the wheels for final and preliminary grinding; j is the stiffness of the spindle assembly in a direction perpendicular to the machined surface.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен инструмент, у которого круг для предварительного шлифования расположен на максимальном расстоянии от передней опоры шпинделя; на фиг. 2 - упругие перемещения оси шпинделя, возникающие при работе инструмента на фиг. 1; на фиг. 3 - инструмент, у которого круг для предварительного шлифования расположен на минимальном расстоянии от передней опоры шпинделя; на фиг. 4 - упругие перемещения оси шпинделя, возникающие при работе инструмента на фиг. 3; на фиг. 5 приведено расположение заготовки в зоне резания перед обработкой; на фиг. 6 - инструмент в начале шлифования с контактом крупнозернистого круга с заготовкой; на фиг. 7 - инструмент с одновременным контактом крупнозернистого и мелкозернистого кругов с заготовкой; на фиг. 8 - инструмент с контактом мелкозернистого круга с заготовкой; на фиг. 9 - отклонение от плоскостности, сформированное после шлифования заготовки с поперечной подачей в направлении от передней опоры шпинделя (к оператору, обслуживающему станок); на фиг. 10 - шлифование заготовки мелкозернистым кругом с подачей в направлении к передней опоре шпинделя (от оператора).The essence of the invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a tool in which the wheel for preliminary grinding is located at a maximum distance from the front support of the spindle; in FIG. 2 - elastic displacements of the spindle axis that occur during operation of the tool in FIG. one; in FIG. 3 - a tool in which the wheel for preliminary grinding is located at a minimum distance from the front spindle support; in FIG. 4 - elastic displacements of the spindle axis that occur during operation of the tool in FIG. 3; in FIG. 5 shows the location of the workpiece in the cutting zone before processing; in FIG. 6 - tool at the beginning of grinding with the contact of a coarse-grained wheel with the workpiece; in FIG. 7 - a tool with simultaneous contact of coarse and fine-grained circles with the workpiece; in FIG. 8 - tool with a contact of a fine-grained circle with the workpiece; in FIG. 9 - deviation from flatness, formed after grinding the workpiece with a transverse feed in the direction from the front spindle support (to the operator serving the machine); in FIG. 10 - grinding the workpiece with a fine-grained wheel with a feed towards the front spindle support (from the operator).

Инструмент состоит из круга 1 для предварительного шлифования (фиг. 1), у которого основная фракция абразивных зерен 2 имеет зернистость F30-F36, ГОСТ P 52381-2005, и шлифовального круга 3 для окончательного шлифования с основной фракцией зерен зернистостью F90-F120. Совмещенное шлифование (одновременно предварительное и окончательное) инструментом, изображенным на фиг. 1, назовем первой схемой шлифования.The tool consists of a grinding wheel 1 for preliminary grinding (Fig. 1), in which the main fraction of abrasive grains 2 has a grain size of F30-F36, GOST P 52381-2005, and a grinding wheel 3 for final grinding with a main grain fraction of grain size F90-F120. Combined grinding (both preliminary and final) with the tool depicted in FIG. 1, we call the first grinding scheme.

Крупнозернистый шлифовальный круг 1 снимает припуск z_пр на предварительную обработку, а мелкозернистый шлифовальный круг 3 - припуск z_o на окончательную обработку, и обеспечивает требуемое качество обработанного поверхностного слоя детали. Шлифовальный круг для предварительного шлифования имеет наружный диаметр d_пр, который меньше диаметра d_o круга для окончательного шлифования.A coarse grinding wheel 1 removes the allowance z _pr for pre-treatment, and a fine-grained grinding wheel 3 removes the allowance z _o for finishing, and ensures the required quality of the processed surface layer of the part. The grinding wheel for preliminary grinding has an outer diameter d _pr which is smaller than the diameter d _{o of the} wheel for final grinding.

Между шлифовальными кругами 1 и 3 расположена прокладка 4, которая устраняет непосредственный контакт кругов и образует зазор δ между торцами, который обеспечивает возможность расположения алмазного карандаша на требуемом расстоянии от оси вращения шпинделя 5 при правке кругов с различными диаметрами.Between grinding wheels 1 and 3 there is a gasket 4, which eliminates direct contact of the wheels and forms a gap δ between the ends, which makes it possible to position the diamond pencil at the required distance from the axis of rotation of the spindle 5 when dressing wheels with different diameters.

Таким образом, крупнозернистый шлифовальный круг 1 выполняет предварительную обработку, одновременно с ним круг 2 формирует требуемые показатели качества обработанной поверхности заготовки.Thus, the coarse grinding wheel 1 performs preliminary processing, at the same time the wheel 2 forms the required quality indicators of the processed surface of the workpiece.

Круги 1 и 3 обрабатывают заготовку при одинаковой частоте вращения, скоростях продольной и поперечной подачи стола с заготовкой. Отличие процессов шлифования кругами 1 и 3 состоит в различной глубине снимаемого припуска и характеристике абразивного материала.Circles 1 and 3 process the workpiece at the same speed, longitudinal and transverse feed table with the workpiece. The difference between grinding processes in circles 1 and 3 is in different depths of the removed allowance and the characteristic of abrasive material.

Припуск z_пр в разы превышает припуск z_o, поэтому сила резания P_пр при шлифовании крупнозернистым кругом 1 также значительно превышает силу резания P_o, возникающую при работе мелкозернистым кругом 3 (фиг. 2). Сила резания P_o, создаваемая кругом 3 для окончательного шлифования, расположена от передней опоры 6 шпинделя на расстоянииOversize z _forth at times exceeds the allowance z _o, so the cutting force P _straight during grinding coarse range 1 also significantly greater than the cutting force P _o, arising at the fine-grained range 3 (FIG. 2). The cutting force P _o created by the circle 3 for final grinding is located at a distance from the front support 6 of the spindle

где B_o - высота круга 3 для окончательного шлифования; f - расстояние от правого торца круга 3 до передней опоры 6 шпинделя (фиг. 1).where B _o - the height of the wheel 3 for final grinding; f is the distance from the right end of the circle 3 to the front support 6 of the spindle (Fig. 1).

Сила резания P_пр, создаваемая кругом 1 для предварительного шлифования, расположена от передней опоры шпинделя на расстоянииThe cutting force P _CR created by wheel 1 for preliminary grinding is located at a distance from the front spindle support

где B_пр - высота круга 1 для предварительного шлифования, δ - толщина прокладки 4 (фиг. 1).where B _CR - the height of the circle 1 for preliminary grinding, δ is the thickness of the strip 4 (Fig. 1).

Суммарная сила резания P_Σ совпадает по направлению с силами P_o и P_пр, а ее модульThe total cutting force P _Σ coincides in direction with the forces P _o and P _CR , and its modulus

Систему сосредоточенных сил P_o и P_пр с известными координатами их точек приложения можно заменить эквивалентной системой, в которой действует суммарная сила резания P_Σ, приложенная в точке с координатой x=l₁. Условием эквивалентности двух рассмотренных систем является равенство изгибающих моментов, создаваемых сосредоточенными силами относительно начала прямоугольной системы координат xOy.A system of concentrated forces P _o and P _ol with known coordinates of their application points can be replaced by an equivalent system in which the total cutting force P _Σ acts at a point with coordinate x = l ₁ . The condition for the equivalence of the two systems considered is the equality of bending moments created by concentrated forces relative to the origin of the rectangular coordinate system xOy.

Из условия эквивалентности двух систем координата точки приложения силы P_Σ (фиг. 2) определится по формуле:From the condition of equivalence of the two systems, the coordinate of the point of application of force P _Σ (Fig. 2) is determined by the formula:

Максимальные упругие перемещения оси шпинделя 5 под действием суммарной силы резания P_Σ в точке ее приложения x=l₁ равны (фиг. 2):The maximum elastic displacements of the axis of the spindle 5 under the action of the total cutting force P _Σ at the point of its application x = l ₁ are equal (Fig. 2):

где E=2,1⋅10⁵ МПа - модуль упругости стали, из которой выполнен шпиндель 5;

- момент инерции поперечного сечения шпинделя 5, на котором установлены шлифовальные круги 1 и 3; d_пр - приведенный диаметр консоли шпинделя, на которой установлены шлифовальные круги 1 и 3.where E = 2,110 ⁵ MPa - the modulus of elasticity of the steel from which the spindle 5 is made;

- the moment of inertia of the cross section of the spindle 5, on which the

grinding wheels

1 and 3 are mounted; d _CR - the reduced diameter of the spindle console, on which the

grinding wheels

1 and 3 are mounted.

Угол поворота поперечного сечения шпинделя, расположенного на расстоянии x=l₁ от начала координат, равен:The rotation angle of the cross section of the spindle located at a distance x = l ₁ from the origin is:

Упругие перемещения оси шпинделя 5 под действием силы P_Σ на длине 0≤x≤l₁ (от передней опоры 6 шпинделя до точки M₁) описываются кривой OM₁ третьего порядка, далее от точки M₁ - отрезком прямой линии M₁N₁, касательной в точке M₁ к кривой OM₁ (фиг. 2).The elastic displacements of the axis of the spindle 5 under the action of a force P _Σ over a length of 0≤x≤l ₁ (from the front spindle support 6 to the point M ₁ ) are described by the third-order curve OM ₁ , then from the point M ₁ by a straight line segment M ₁ N ₁ , tangent at the point M ₁ to the curve OM ₁ (Fig. 2).

Максимальные упругие перемещения левого торца круга 1 для предварительного шлифования (фиг. 1) под действием силы P_Σ в точке с координатой

The maximum elastic displacement of the left end face of the circle 1 for preliminary grinding (Fig. 1) under the action of the force P _Σ at a point with a coordinate

Совмещенное шлифование можно реализовать и по второй схеме, когда мелкозернистый круг 1 располагается на максимальном расстоянии от передней опоры 6 шпинделя, а крупнозернистый шлифовальный круг 3 - на минимальном. В этом случае силы резания P_пр и P_o меняются местами, но численные значения этих сил при одинаковом режиме шлифования не изменяются. С учетом сказанного вторая схема совмещенного шлифования имеет вид, представленный на фиг. 3.Combined grinding can be implemented according to the second scheme, when the fine-grained wheel 1 is located at the maximum distance from the front support 6 of the spindle, and the coarse-grinding wheel 3 is at the minimum. In this case, the cutting forces P _CR and P _o change places, but the numerical values of these forces with the same grinding mode do not change. In view of the foregoing, the second combined grinding scheme has the form shown in FIG. 3.

Шлифовальный круг 1 так же, как и при первой схеме, изготовлен из крупного зерна F30-F36, а шлифовальный круг 3 - из мелкого зерна F90-F120. Круг 1 для предварительного шлифования расположен от передней опоры 6 шпинделя 5 на расстоянии

, а круг 3 для окончательного шлифования - на расстоянии (f+B_пр+δ). Как и при первой схеме совмещенного шлифования, круг 1 для предварительной обработки снимает основной припуск z_пр, а круг 3 для окончательной обработки - припуск z_о.The grinding wheel 1, as in the first scheme, is made of coarse grain F30-F36, and the grinding wheel 3 is made of fine grain F90-F120. The grinding wheel 1 is located at a distance from the front support 6 of the spindle 5

, and a circle 3 for final grinding - at a distance (f + B _CR + δ). As in the first scheme of combined grinding, wheel 1 for pre-treatment removes the main allowance z _CR , and wheel 3 for final processing - allowance z _about .

Частота вращения шпинделя с инструментом, величина продольной и поперечной подачи заготовки при второй схеме обработки (фиг. 3) остаются такими же, как и при первой схеме совмещенного шлифования (фиг. 1), но при второй схеме вектор поперечной подачи D_sп заготовки направлен от передней опоры 6 шпинделя (к оператору, управляющему станком, который на чертежах изображен окружностью, залитой наполовину), в то время как при первой схеме - к передней опоре (от оператора).The frequency of rotation of the spindle with the tool, the longitudinal and transverse feed of the workpiece in the second processing scheme (Fig. 3) remain the same as in the first combined grinding scheme (Fig. 1), but in the second scheme, the transverse feed vector D _{sп of the} workpiece is directed from spindle front support 6 (to the operator controlling the machine, which is shown in the drawings with a circle half-filled), while in the first diagram, to the front support (from the operator).

Расстояние точки приложения равнодействующей силы P_Σ=P_o+P_пр от начала координат O при второй схеме совмещенного шлифованияThe distance of the point of application of the resultant force P _Σ = P _o + P _ol from the origin O in the second combined grinding scheme

Упругие перемещения шпинделя 5 под действием силы P_Σ в точке x=l₂ (фиг. 4)The elastic displacement of the spindle 5 under the action of the force P _Σ at the point x = l ₂ (Fig. 4)

Угол поворота поперечного сечения шпинделя, расположенного на расстоянии x=l₂ от начала координат (точки О) под действием суммарной силы резания P_Σ The angle of rotation of the cross section of the spindle located at a distance x = l ₂ from the origin (point O) under the action of the total cutting force P _Σ

Упругие перемещения оси шпинделя 5 под действием силы P_Σ на длине 0≤x≤l₂ (от передней опоры 6 шпинделя до точки M₂) описываются кривой ОМ₂ третьего порядка, далее от точки M₂ - отрезком прямой линии M₂N₂, касательной в точке M₂ кривой OM₂.The elastic displacements of the axis of the spindle 5 under the action of the force P _Σ over a length of 0≤x≤l ₂ (from the front support 6 of the spindle to the point M ₂ ) are described by the third-order curve OM ₂ , then from the point M ₂ by a straight line segment M ₂ N ₂ , tangent at the point M _{2 of the} curve OM ₂ .

Максимальные упругие перемещения левого торца круга 3 для окончательного шлифования (фиг. 3) под действием силы P_Σ при

, то есть в точке N₂, равны:The maximum elastic displacements of the left end face of the circle 3 for final grinding (Fig. 3) under the action of the force P _Σ at

, that is, at point N ₂ equal:

Проанализируем полученные формулы с позиции обеспечения более высокой геометрической точности поверхностей, шлифованных по первой и второй схемам, при этом режим шлифования, характеристика абразивного материала кругов 1 и 3, их размеры, снимаемые припуски, силы резания P_o, P_пр и P_Σ, а также изгибная жесткость шпиндельного узла шлифовального станка равнозначны для сравниваемых схем. Принимаем также во внимание то, что при работе круга для предварительного шлифования возникает сила резания, существенно превосходящая силу резания при работе кругом для окончательной обработки. Это объясняется тем, что припуск, снимаемый кругом для предварительного шлифования, в разы больше припуска, снимаемого кругом для окончательной обработки.We analyze the formulas obtained from the position of providing higher geometric accuracy of the surfaces polished according to the first and second schemes, while the grinding mode, the characteristics of the abrasive material of circles 1 and 3, their sizes, removable allowances, cutting forces P _o , P _CR and P _Σ , and also the bending stiffness of the spindle unit of the grinding machine are equivalent for the compared schemes. We also take into account the fact that when a grinding wheel is used for preliminary grinding, a cutting force arises that significantly exceeds the cutting force when working with a wheel for final processing. This is because the allowance removed by a wheel for preliminary grinding is several times larger than the allowance removed by a wheel for final processing.

Анализ уравнений (4) и (8) показывает, что в (4) перед сравнительно малой по величине силой P_o стоит множитель

, который меньше множителя

, стоящего перед силой P_пр, значительно превышающей силу P_o. Этот факт свидетельствует о том, что член

в уравнении (4) существенно больше, чем

.An analysis of equations (4) and (8) shows that in (4), a factor relatively small in magnitude is P _o

which is less than the multiplier

facing a force P _ol significantly exceeding the force P _o . This fact indicates that the member

in equation (4) is significantly greater than

.

В уравнении (8) силы P_o и P_пр поменялись местами, при этом перед большой силой P_пр стоит множитель

, который меньше множителя

, стоящего перед малой силой P_o. В результате этого числитель в уравнении (4) больше по величине, чем числитель в уравнении (8), а следовательно, координата l₁ точки приложения суммарной силы P_Σ при первой схеме совмещенного шлифования больше координаты l₂ при второй схеме.In equation (8) force P _o and _{P, etc.} are reversed, with the front of a large force P is a _{factor, etc.}

which is less than the multiplier

facing a small force P _o . As a result, the numerator in equation (4) is larger than the numerator in equation (8), and therefore, the coordinate l _{1 of the} point of application of the total force P _Σ in the first combined grinding scheme is greater than the coordinate l ₂ in the second scheme.

На основании этого следует вывод о том, что при первой схеме сила P_Σ создает больший изгибающий момент в передней опоре 6 шпинделя 5, чем при второй, а следовательно, и к большим упругим перемещениям шпиндельного узла с инструментами в процессе шлифования. Этот вывод подтверждается также уравнениями (5) и (9), из которых следует, что Y_M1>Y_M2, поскольку l₁>l₂.Based on this, it follows that, in the first scheme, the force P _Σ creates a greater bending moment in the front support 6 of the spindle 5 than in the second, and therefore to greater elastic displacements of the spindle assembly with tools during grinding. This conclusion is also confirmed by equations (5) and (9), from which it follows that Y _M1 > Y _M2 , since l ₁ > l ₂ .

Разделив (5) на (9), получим значение коэффициента, указывающее, во сколько раз упругие перемещения в точке приложения силы P_Σ при первой схеме совмещенного шлифования больше по сравнению со второй схемой:Dividing (5) by (9), we obtain a coefficient value indicating how many times the elastic displacements at the point of application of force P _Σ in the first combined grinding scheme are greater than in the second scheme:

Для значений B_o=В_пр=В=10 мм, 6=5 мм, δ=5 мм, которые применимы для плоскошлифовального станка 3M71, отношение l₁/l₂≈1,5-2,0, а коэффициент K_y=(1,5-2,0)³≈3,4-8,0. Сравнение уравнений (6), (10) и (7), (11) также свидетельствуют о том, что углы поворота поперечных сечений шпинделя 5 в точках приложения равнодействующей силы P_Σ, а также упругие перемещения торца шлифовального круга, наиболее удаленного от передней опоры шпинделя, при первой схеме совмещенного шлифования больше, чем при второй схеме.For the values of B _o = B _CR = B = 10 mm, 6 = 5 mm, δ = 5 mm, which are applicable for the surface grinding machine 3M71, the ratio l ₁ / l ₂ ≈1.5-2.0, and the coefficient K _y = (1.5-2.0) ³ ≈ 3.4-8.0. A comparison of equations (6), (10) and (7), (11) also indicates that the rotation angles of the spindle 5 cross sections at the points of application of the resultant force P _Σ , as well as the elastic displacements of the end face of the grinding wheel farthest from the front support spindle, in the first scheme of combined grinding more than in the second scheme.

На основании проведенного выше анализа упругих перемещений шпиндельного узла с кругами 1 и 3 предлагаемый способ шлифования реализуем с использованием второй схемы совмещенного шлифования (фиг. 3) следующим образом.Based on the above analysis of the elastic displacements of the spindle assembly with circles 1 and 3, the proposed grinding method is implemented using the second combined grinding scheme (Fig. 3) as follows.

Устанавливают шлифовальные круги 1, 3 на шпинделе 5 плоскошлифовального станка согласно фиг. 5 и закрепляют их. Заготовку 7 устанавливают на магнитном столе 10 так, чтобы она располагалась за крупнозернистым шлифовальным кругом 1 (смотрим из позиции, занимаемой оператором, обслуживающим станок). Включают вращение шпинделя 5 с кругами 1 и 3 (фиг. 6) в направлении стрелки D_r и продольную подачу в направлении стрелки D_sпр.The grinding wheels 1, 3 are mounted on the spindle 5 of the surface grinding machine according to FIG. 5 and fix them. The workpiece 7 is installed on the magnetic table 10 so that it is located behind the coarse grinding wheel 1 (we look from the position taken by the operator serving the machine). Turn on the rotation of the spindle 5 with circles 1 and 3 (Fig. 6) in the direction of the arrow D _r and the longitudinal feed in the direction of the arrow D _spr .

Подводят крупнозернистый шлифовальный круг 1 к заготовке до появления первой искры, после чего опускают круг на величину припуска z_пр, подлежащего снятию при предварительном шлифовании. После такой настройки крупнозернистого круга 1 на размер включают поперечную подачу в направлении стрелки D_sп, т.е. в направлении к оператору.The coarse grinding wheel 1 is brought to the workpiece until the first spark appears, after which the wheel is lowered by the allowance z _pr to be removed during preliminary grinding. After this adjustment of the coarse-grained wheel 1 to the size, the lateral feed in the direction of the arrow D _{sп is turned on} , i.e. towards the operator.

В начальной стадии шлифования круг 1 контактирует с заготовкой 7 по небольшой площади, поэтому значение силы резания P₁ незначительное, а следовательно, малы и упругие перемещения Y_тс элементов технологической системы (шпиндельного узла с кругами и стола с заготовкой). По мере дальнейшего шлифования площадь контакта круга 1 возрастает, при этом сила резания P₁ и упругие перемещения Y_тс увеличиваются.In the initial grinding stage, wheel 1 contacts the workpiece 7 over a small area, therefore, the cutting force value P _{1 is} negligible, and therefore, the elastic displacements Y _{tf of the} elements of the technological system (spindle unit with circles and table with the workpiece) are small. With further grinding, the contact area of the circle 1 increases, while the cutting force P ₁ and the elastic displacements Y _tc increase.

Максимальная сила резания P_Σ возникает, когда в контакте с заготовкой находятся одновременно шлифовальные круги 1 и 3 (фиг. 7), при этом ее значение определяется по формуле (3). В этом положении шлифовальных кругов 1 и 3 относительно заготовки упругие перемещения технологической системы будут иметь максимальные значения. Без учета упругих перемещений рабочего стола с заготовкой (ввиду их значительно большей жесткости по сравнению со шпиндельным узлом) максимальные упругие перемещения шпиндельного узла с кругами 1 и 3 определяются по формуле (11).The maximum cutting force P _Σ occurs when grinding wheels 1 and 3 are in contact with the workpiece (Fig. 7), while its value is determined by the formula (3). In this position of the grinding wheels 1 and 3 relative to the workpiece, the elastic displacements of the technological system will have maximum values. Without taking into account the elastic displacements of the work table with the workpiece (due to their significantly greater rigidity compared to the spindle unit), the maximum elastic displacements of the spindle unit with circles 1 and 3 are determined by the formula (11).

Далее крупнозернистый шлифовальный круг 3 заканчивает процесс резания, и в работе остается мелкозернистый шлифовальный круг 1 (фиг. 8), при этом сила резания уменьшается, принимая минимальное значение P₂ на выходе круга 3 из контакта с заготовкой 7.Next, the coarse grinding wheel 3 ends the cutting process, and the fine-grained grinding wheel 1 remains in operation (Fig. 8), while the cutting force decreases, taking the minimum value of P ₂ at the output of the wheel 3 from the contact with the workpiece 7.

Описанное изменение силы резания при работе инструмента приводит к изменению упругих перемещений шпиндельного узла с кругами 1 и 3 и к отклонению от плоскостности шлифованной поверхности KMNR (фиг. 9), численное значение которой определяется величиной Y_max2. Для уменьшения этой геометрической погрешности цикл шлифования заканчивают работой мелкозернистого круга (фиг. 10), при этом глубину резания назначают равной припуску, определяемому по формуле:The described change in cutting force during tool operation leads to a change in the elastic displacements of the spindle assembly with circles 1 and 3 and to a deviation from the flatness of the polished surface KMNR (Fig. 9), the numerical value of which is determined by the value of Y _max2 . To reduce this geometric error, the grinding cycle is completed by the work of a fine-grained wheel (Fig. 10), while the cutting depth is set equal to the allowance determined by the formula:

где P_Σ - суммарная сила резания; P_o, P_пр - соответственно сила резания, вызванная работой кругов для окончательного и предварительного шлифования; j - жесткость шпиндельного узла в направлении, перпендикулярном к обработанной поверхности.where P _Σ is the total cutting force; P _o , P _CR - respectively, the cutting force caused by the work of the wheels for final and preliminary grinding; j is the stiffness of the spindle assembly in a direction perpendicular to the machined surface.

Крупнозернистый круг 1 для предварительного шлифования не касается обрабатываемой поверхности, то есть он не ухудшает малую шероховатость, формируемую мелкозернистым кругом 3 для окончательного шлифования.The coarse grinding wheel 1 for preliminary grinding does not touch the surface being machined, that is, it does not impair the small roughness formed by the fine-grained wheel 3 for final grinding.

В известных способах совмещенного шлифования этого достичь нельзя, так как в них используются круги различной зернистости с равными диаметрами режущей поверхности. Поэтому после шлифования мелкозернистым кругом сразу же происходит процесс шлифования крупнозернистым кругом, что ухудшает шероховатость, сформированную мелкозернистым кругом.In the known methods of combined grinding this cannot be achieved, since they use circles of different grain sizes with equal diameters of the cutting surface. Therefore, after grinding with a fine-grained wheel, the process of grinding with a coarse-grained wheel immediately occurs, which worsens the roughness formed by the fine-grained wheel.

Таким образом, с позиции обеспечения высокой геометрической точности шлифованных поверхностей целесообразно не только использовать совмещенное шлифование, но и вторую его схему, обеспечивающую меньшую изгибную нагрузку на шпиндельный узел, а следовательно, и меньшие упругие пространственные перемещения последнего. Предлагаемый способ шлифования позволяет на одном шлифовальном станке выполнять одновременно предварительную и окончательную обработку деталей без замены шлифовального круга (например, крупнозернистого на мелкозернистый круг) и обеспечивает более высокую геометрическую точность и меньшую шероховатость обработанных поверхностей.Thus, from the position of ensuring high geometric accuracy of polished surfaces, it is advisable not only to use combined grinding, but also its second scheme, which provides less bending load on the spindle unit, and, consequently, less elastic spatial displacements of the latter. The proposed grinding method allows for the simultaneous preliminary and final processing of parts on one grinding machine without replacing the grinding wheel (for example, coarse-grained with a fine-grained wheel) and provides higher geometric accuracy and lower roughness of the machined surfaces.

Claims

1. Способ шлифования деталей, включающий использование инструмента с шлифовальными кругами, имеющими различные характеристики абразивного материала, и выполнение предварительной и окончательной обработки детали, отличающийся тем, что шлифование ведут инструментом с двумя шлифовальными крупнозернистым и мелкозернистым кругами, при этом первым кругом выполняют предварительную обработку и располагают его между передней опорой шпинделя инструмента и мелкозернистым кругом, а вторым - окончательную обработку, и располагают его перед крупнозернистым кругом, причем диаметры шлифовальных кругов выбирают из условия:1. The method of grinding parts, including the use of a tool with grinding wheels having different characteristics of the abrasive material, and the preliminary and final processing of the part, characterized in that the grinding is carried out with a tool with two grinding coarse and fine-grained wheels, while the first wheel performs preliminary processing and place it between the front support of the tool spindle and a fine-grained circle, and the second - final processing, and place it in front of grained range, with diameters of grinding wheels is chosen from the condition:

d_o=d_пр+2(R_max+T),d _o = d _ol +2 (R _max + T),

где d_o, d_пр – соответственно диаметры шлифовальных кругов для окончательного и предварительного шлифования;where d _o , d _CR - respectively, the diameters of the grinding wheels for final and preliminary grinding;

R_max - максимальная высота шероховатости поверхности детали, обработанной кругом для предварительного шлифования; R _max - the maximum height of the surface roughness of a part treated with a wheel for preliminary grinding;

Т - дефектный слой, образованный в поверхностном слое детали в результате силового и теплового воздействия на нее шлифовального круга для предварительного шлифования.T is the defective layer formed in the surface layer of the part as a result of the force and thermal effects of the grinding wheel on it for preliminary grinding.

2. Способ шлифования по п. 1, отличающийся тем, что перед обработкой деталь устанавливают за крупнозернистым кругом и осуществляют первую половину цикла шлифования с поперечной подачей в направлении от упомянутой передней опоры, при этом круги для предварительного и окончательного шлифования устанавливают с зазором, определяемым из условия:2. The grinding method according to claim 1, characterized in that before processing the part is installed behind a coarse-grained wheel and the first half of the grinding cycle is carried out with a transverse feed in the direction from the front support, while the wheels for preliminary and final grinding are set with a gap determined from conditions:

δ≥d_к,δ≥d _k ,

где d_к - диметр алмазного карандаша, используемого для правки режущих поверхностей упомянутых кругов для предварительного и окончательного шлифования.where d _to - the diameter of the diamond pencil used for dressing the cutting surfaces of these circles for preliminary and final grinding.

3. Способ шлифования по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют вторую половину цикла шлифования детали мелкозернистым кругом инструмента с поперечной подачей в направлении к упомянутой передней опоре со снятием припуска, определяемого по формуле:3. The grinding method according to claim 1, characterized in that the second half of the grinding cycle of the part is carried out with a fine-grained tool circle with a transverse feed in the direction of said front support with the removal of the allowance determined by the formula:

где P_Σ - суммарная сила резания; where P _Σ is the total cutting force;

P_o, Р_пр – соответственно сила резания, вызванная работой кругов для окончательного и предварительного шлифования с деталью; P _o , P _CR - respectively, the cutting force caused by the work of the wheels for the final and preliminary grinding with the part;

j - жесткость шпиндельного узла инструмента в направлении, перпендикулярном обрабатываемой поверхности.j is the rigidity of the spindle assembly of the tool in the direction perpendicular to the machined surface.