Шліфувальний верстат – це пристрій, що використовується для обробки заготовок з різних матеріалів абразивним інструментом та здатний забезпечити шорсткість поверхні від 0,02 до 1,25 мікрона. Шліфувальні верстати, які можуть мати різне конструктивне виконання, дозволяють ефективно вирішувати завдання, пов'язані з обробкою поверхонь деталей, виготовлених із різних матеріалів.

Застосування шліфувальних верстатів

За допомогою верстата для шліфування можна здійснювати ряд технологічних операцій:

• шліфування внутрішніх, а також зовнішніх поверхонь деталей, що мають різну форму та призначення;
• заточування інструментів різного призначення;
• обдирання, шліфування, а також відрізку виливків з металу, виробів зі складним профілем;
• обробку зубчастих деталей, а також деталей з різьбленням;
• формування на сталевих прутках канавки шпонкового та спіралеподібного типу.

Шліфувальний верстат практично незамінний при роботі з деталями, виготовленими з керамічних та магнітних матеріалів і що відрізняються складністю обробки та високою крихкістю. Крім того, шліфувальні верстати здатні виконувати технологічні операції шліфування та обдирки на високошвидкісних режимах, що робить таке обладнання ефективним та продуктивним. На цих верстатах можна в процесі обробки видаляти з поверхні заготівлі велику кількість металу за короткий проміжок часу.

На відео нижче робота круглошліфувального верстата з ЧПУ:

Усі шліфувальні верстати працюють за одним принципом: обробка металу здійснюється за рахунок одночасного обертання та переміщення або обертання оброблюваної деталі. Робочою поверхнею є периферія або торець абразивного кола, а заготівля рухається по відношенню до неї прямолінійної або дугової траєкторії. Будь-який шліфувальний верстат містить у своїй конструкції кілька кінематичних ланцюгів, які забезпечують:

• пересування робочого столу в поздовжньому та поперечному напрямку, що можливе завдяки гідравлічному приводу;
• обертання робочого інструменту – шліфувального кола, яке здійснюється за рахунок індивідуального приводу робочого інструменту;
• подачу заготовки або інструменту у поперечному напрямку за рахунок гідравлічного або електромеханічного приводу;
• правку кола, яку можна виконувати вручну за рахунок використання електромеханічної чи гідравлічної системи;
• обертання заготовки чи робочого столу;
• подачу робочого інструменту на глибину, що може виконуватись за рахунок гідравлічного або механічного приводу.

Класифікація шліфувального обладнання

Залежно від сфери застосування верстати для шліфування поділяються на цілий ряд типів.

Круглошліфувальні

Це обладнання призначене для шліфування циліндричних (Ø 25-600 мм) та конічних заготовок. Такі верстати мають у своїй конструкції шпиндель, що обертається у горизонтальній площині, який може пересуватися на спеціальних санках. Деталь, що вимагає обробки, може затискатися в патроні або між центрами задньої та передньої бабки.

Універсальні круглошліфувальні

Такі верстати застосовуються для шліфування зовнішніх та торцевих поверхонь циліндричних заготовок (Ø 25–300 мм), а також деталей конічної форми. Для обробки заготовки можуть фіксуватися в центрах або в патроні.

Врізні круглошліфувальні

Шліфувальні верстати цього типу використовуються для обробки циліндричних (Ø 150–400 мм), конічних та профільних заготовок, що фіксуються у центрах обладнання. Обробка здійснюється за рахунок поперечного руху (врізання) абразивного кола.

Безцентрові круглошліфувальні

Обробка на такому устаткуванні може виконуватися за двома схемами: на прохід (циліндричні поверхні (Ø 25–300 мм)) та методом врізання (циліндричні, конічні та профільні поверхні). Відмінною особливістюшліфувальних верстатів даного типу і те, що у конструкції не передбачені центри для фіксації заготовок.

Вальцешліфувальні

Сюди відносяться верстати для шліфування прокатних вальців циліндричної, конічної та профільної конфігурації. Фіксація заготовок на верстатах цього здійснюється за допомогою центрів устаткування.

Для шліфування шийок колінчастих валів

На таких верстатах, що працюють за методом врізання, виконують одночасне або послідовне шліфування шатунних шийок колінчастих валів.

Внутрішньошліфувальні

Ці пристрої дозволяють обробляти циліндричні та конічні отвори у широкому інтервалі розмірів (діаметром 1–10 см на настільному шліфувальному верстаті та до 100 см – на виробничому).

Плоскошліфувальні

Обробка на такому устаткуванні виконується торцем або периферією абразивного кола. Шліфувальні верстати цього типу можуть оснащуватися додатковими пристроями, що дозволяє виконувати на них обробку заготовок з металу складної конфігурації. Залежно від розташування шпинделя можуть бути горизонтальними та вертикальними. У конструкції таких пристроїв може бути передбачена одна або дві колони.

Двосторонні плоскошліфувальні

На цьому устаткуванні можна одночасно виконувати обробку двох плоских поверхонь, що значно збільшує його продуктивність. Такі шліфувальні верстати, на яких оброблювані деталі фіксуються на спеціальному пристрої, можуть бути вертикального або горизонтального типу.

Для шліфування напрямних

Максимальна довжина напрямних, які можна обробляти за допомогою цих шліфувальних верстатів, становить 1000-5000 мм. Напрямниками таких типів оснащені станини, робочі столи, санки та інші вузли обладнання різного призначення.

Універсальні заточувальні

Такі шліфувальні верстати служать для заточування різного інструменту з максимальним діаметром 100-300 мм (метчики, розгортки, зенкери, фрези та ін.). Технічні можливості обладнання цього типу дозволяють оснащувати його додатковими пристроями для обробки циліндричних заготовок, а також внутрішнього і торцевого шліфування.

Обдирно-шліфувальні

Це шліфувальне обладнання застосовують для обдирання та зачистки поверхні заготовок методом шліфування. На таких верстатах використовуються абразивні кола діаметром 100-800 мм.

Плоско-притиральні

Це шліфувальне обладнання застосовується для виконання притирання заготовок із плоскими та циліндричними поверхнями. Діаметр абразивних дисків, що встановлюються на таких верстатах, становить 200-800 мм.

Кругло-притиральні

На цьому обладнанні виконують притирання калібрувального та вимірювального інструменту, виготовленого з металу. Максимальний діаметр калібрів та інструментів, які можна обробляти на верстатах цього типу – 50–200 мм.

Шліфувально-притиральні

За допомогою такого обладнання виконують притирання отворів, максимальний діаметр яких становить 100-300 мм.

Шліфувально-оздоблювальні

Це верстати, призначені для виконання оздоблювальних (притиральних) операцій. На таких пристроях обробляють різні вироби з металу: колінчасті вали з максимальним діаметром 100-200 мм, шпинделі обладнання, поршні та ін.

Полірувальні

Такі верстати служать для полірування деталей з металу. На цьому універсальному устаткуванні можна виконувати полірування плоских, циліндричних, конічних, внутрішніх поверхонь, а також заготовок складної конфігурації. Як робочий інструмент на цих верстатах може бути використаний нескінченний ремінь шириною 100-200 мм або м'яке полірувальне коло діаметром 100-200 мм.

Хонінгувальні

Існують також хонінгувальні верстати, що використовуються для виконання тонкого шліфування (0,04–0,08 мм на діаметр).

Робимо найпростіший шліфувальний верстат своїми руками

Враховуючи той факт, що серійне шліфувальне обладнання коштує недешево, є сенс задуматися над тим, щоб виготовити такий верстат своїми руками. Навіть найпростіший саморобний верстат, зробити який зовсім нескладно, дозволить вам з високою ефективністю та якістю виконувати шліфування заготовок різної конфігурації.

Несучим елементом саморобного верстата для виконання шліфувальних робіт є станина, на якій закріплюються два барабани та електричний двигун. Для виготовлення станини можна використовувати товстий сталевий лист, з якого вирізається площадка необхідного розміру.

Із двигуном все набагато простіше: його можна зняти зі старої пральної машини, яка вже відслужила свій термін. Барабани можна зробити набірними, для цього зручно використовувати плиту ДСП, з якої вирізають диски необхідного діаметра.

Кріплення веденого валу Ведомий барабан Кріплення двигуна

Як приклад розберемо послідовність дій з виготовлення , станина якого має розміри 50х18 см. Насамперед, зі сталевого листа вирізають саму станину, а також робочий стіл, на якому буде закріплений електродвигун. Розміри такого столу складатимуть приблизно 18х16 см.

Важливо, щоб торці станини та робочого столу, які з'єднуватимуться, були обрізані максимально рівно. Товстий лист металу, з якого ви виготовлятимете станину і робочий стіл, складно розрізати вручну, тому краще виконати таку процедуру на фрезерному верстаті. У станині та робочому столі необхідно просвердлити по три отвори та надійно з'єднати їх за допомогою болтів. Тільки після цього встановлюється двигун і надійно з'єднується з поверхнею робочого столу таким чином, щоб основа двигуна щільно прилягала до поверхні майданчика.

Вибираючи електродвигун для свого саморобного шліфувального обладнання, важливо звертати увагу на потужність: вона повинна бути не нижчою за 2,5 кВт, а частота обертання – близько 1500 об/хв. Якщо використовувати привід з більш скромними характеристиками, то верстат матиме невисоку ефективність. Можна уникнути необхідності використання редуктора, якщо грамотно підібрати діаметри ведучого та натяжного барабана.

Вибирати діаметри барабанів слід залежно від того, з якою швидкістю переміщатиметься абразивна стрічка. Так, якщо швидкість руху стрічки повинна бути приблизно 20 м/сек, необхідно виготовити барабани діаметром 20 см. Для установки натяжного барабана використовується нерухома вісь, а ведучий фіксується безпосередньо на валу електродвигуна. Щоб зробити обертання натяжного барабана легшим, використовується підшипниковий вузол. Майданчик, на якому встановлюється натяжний барабан, найкраще зробити з деяким скосом, це забезпечить плавний контакт абразивної стрічки з оброблюваною заготовкою.

Не складе особливої ​​складності виготовити барабани для саморобного шліфувального верстата. Для цього необхідно нарізати із ДСП квадратні заготовки розміром 20 на 20 см, у центрі кожної з яких просвердлюється отвір. Потім ці заготовки збираються в пакет товщиною 24 см, який проточується для формування барабана циліндричного діаметром 20 см.

Щоб абразивна стрічка не прослизала на барабанах, на їхню поверхню можна натягнути широкі гумові кільця, які зазвичай нарізають із камери велосипеда чи мопеда. Ширина абразивної стрічки, яку можна виготовити самостійно, має становити близько 20 см.

Стрічки для стрічково-шліфувальних верстатів

Як на виробництві, так і в домашніх умовах часто використовуються шліфувальні верстати, робочим інструментом у яких є матер'яна стрічка із шаром абразивного порошку. Основою таких стрічок є щільна матерія (бязь, саржа) або спеціальний папір, а абразивний шар на них фіксується за допомогою клейового складу.

Ефективність використання такої стрічки залежить від низки параметрів: щільності нанесення абразивного порошку та складу його зерен. Більшою ефективністю відрізняються стрічки, порошок у яких займає трохи більше 70% їх площі. Пояснюється це тим, що матеріал, що обробляється, не забивається між абразивними зернами такої стрічки. В якості абразивного порошку, що наноситься на робочу поверхню стрічки, можуть використовуватися як природні, так і штучні матеріали, але всі вони повинні мати високу твердість.

Класифікуються стрічки, що встановлюються на шліфувальний верстат, за номером, що означає величину абразивних зерен, виражену в сотих частках міліметра. Надійність та ефективність такої стрічки залежить також від типу клею, який використовується для фіксації абразивних зерен. На сьогоднішній день використовується два типи такого клею: мездровий та із синтетичної смоли.

Сучасні тенденції у сфері інтеграції комбінованої обробки призвели до того, що на токарних верстатах можна проводити шліфування. При виході проблеми якості першому плані завжди звертають увагу до процес фінішної обробки, який називають шліфуванням – виконання механічного впливу кілька проходів для зменшення вихідних похибок. Провести чистову обробку за допомогою токарного різця з отриманням якості, як при застосуванні шліфувальних головок, неможливо через заокруглення ріжучої кромки. Також не варто забувати, що на токарному верстатіпри невеликих подачах може бути вібрація, яка призведе до похибки. Тому навіть при появі нових матеріалів, які можуть витримувати сильний вплив протягом тривалого часу і не змінювати свою форму, шліфування залишається основним методом, що використовується для отримання поверхні високого класу шорсткості.

Потреба у шліфувальних головках

Одержання тіл обертання на токарних верстатах проводиться протягом кількох останніх десятиліть. Як правило, шліфування проводилося на іншому устаткуванні. Цей момент визначив наступний технологічний процес:

1. виконання чорнового токарного точення зі зняттям великого шару металу;
2. виконання чистового токарного точення для підготовки деталі до фінального етапу технологічного процесу;
3. фінішна обробка на круглошліфувальному верстаті.

Такий технологічний процес визначає збільшення витрат з допомогою установки спеціального верстата до виконання фінішної обробки. При створенні великої партії виробів придбання шліфувального верстата окупається, але при дрібносерійне виробництвойого покупка призведе до підвищення собівартості одного виробу. Виходом із ситуації можна назвати використання спеціальних шліфувальних головок, які можуть застосовуватися для отримання поверхні з високим класом шорсткості.

Особливості конструкції

Шліфувальні головки є спеціальною конструкцією, яка використовується для значного розширення можливостей верстата токарної групи. Цей механізм умовно ставиться до оснастки. До конструктивних особливостей можна віднести:

1. наявність власного електродвигуна, потужність якого може становити від 1 кВт і більше. цей момент визначає те, що головка може стати оснащенням для різних моделей токарних верстатів. як правило, токарне обладнання має закриту коробку швидкостей і не має окремого приводу для підключення оснастки, що розглядається;
2. встановлений електродвигун підключається до ланцюга токарного верстата, що визначає універсальність усієї конструкції. при цьому також є трифазна вилка для включення в окремий ланцюг живлення;
3. головка має власну станину, яка при модернізації може жорстко кріпитися замість стандартного різцетримача. цей момент визначає те, що обладнання дозволяє отримувати якісні поверхні за високої механізації процесу. при виготовленні станини використовується сталь, що дозволяє запобігти вібрації під час роботи за рахунок підвищення жорсткості конструкції;
4. передача обертання проходить з допомогою ременной передачі зниження оборотів.

Конструкція є досить простою. Під час її розгляду варто звернути увагу на тип станини. Це з тим, що лише певний тип станини може підійти замість резцедержателя до певної моделі токарного верстата.

Сталь і чавун за допомогою розглянутої оснастки можуть пройти процес фінішної обробки на токарному верстаті. При цьому можна досягти такого ж показника шорсткості, як і при використанні круглошліфувального обладнання. Модель 200 відрізняється від аналізованої потужністю встановленого електродвигуна і максимальними діаметральними розмірами колів, що встановлюються. Подібним чином можна знизити вартість виробництва деталей за рахунок підвищення універсальності використовуваного обладнання. При цьому відзначимо, що оснащення підійде для старого та нового токарного обладнання, оскільки має універсальне застосування.

Вам також можуть бути цікаві статті:

Перевірка токарних верстатів на геометричну та технологічну точність
Підготовка фундаменту для токарних верстатів Ділільні головки для фрезерних верстатів

Р.Б. Марголіт, Є.В. Близняків, О.М. Табаков, В.С. Цибіків

Область використання токарно-шліфувальних верстатів

У руслі сучасних тенденцій інтеграції обробки зріс попит на комбіновані токарні верстати, у яких можна поруч із токарними виконувати шліфувальні роботи. Можна сказати про появу особливої ​​групи токарно-шліфувальних верстатів.

Коли першому плані виходять проблеми якості, перевагу зазвичай віддають шліфування. Шліфування (за винятком глибинного) в силу самої природи методу засноване на багатопрохідності, при якій найбільше відбувається зменшення вихідних похибок. Лезова токарна обробка виграє у шліфування за показником продуктивності. Проте виконувати процес різання лезовим інструментом з малими глибинами та малими подачами важко. При малих глибинах різець, у зв'язку з наявністю округлення ріжучої кромки, працює з великими негативними передніми кутами (рис.1), а при малих подачах різко зростає ймовірність виникнення вібрацій. Саме з цієї причини, незважаючи на появу нових видів ріжучих матеріалів, що успішно працюють по м'яких та твердих поверхнях, не слід припускати, що лезова обробка суттєво скоротить область використання шліфування.

Згадані особливості зумовлюють розмежування цих двох способів обробки. Попередню обробку тіл обертання зазвичай виконують методом точення на токарних, а фінішну обробку тих же деталей - шліфування на кругло-шліфувальних верстатах. Погіршує розмежування також те, що в межах того самого класу точності шліфувальні верстати мають більш високу точність, ніж токарні.
Одночасно діє тенденція інтеграції цих видів обробки, що призвела до появи комбінованих токарно-шліфувальних верстатів.

1. Дуже трудомістка процедура вивіряння масивних великогабаритних валів і гільз великої довжини перед виконанням кожної нової операції. Такі деталі не мають високої жорсткості і деформуються під дією сил тяжіння та сил закріплення. Вивірка вимагає від робочого вміння та навичок, природно прагнення скоротити їхнє число.

2. Спостерігається загальна тенденція до підвищення точності токарних верстатів.

3. Привабливо виконувати на різних поверхнях однієї деталі точення або шліфування залежно від вимог до них щодо точності та шорсткості

У цій роботі розглянуто досвід Рязанського верстатозаводу щодо створення комбінованих токарно-шліфувальних верстатів. Помилковим виявилося припущення, що такі верстати можна отримати з токарних шляхом дооснащення супортів змінними шліфувальними головками. Довелося вирішити кілька складних завдань.

1. Забезпечено точність поздовжнього переміщення шліфувального кола, щоправда, на обмеженій довжині.

2. Збільшено зону досяжності зовнішніх і торцевих поверхонь деталей, у тому числі на валах з великим перепадом діаметрів суміжних щаблів.

3. Забезпечено точність обертання виробу.

4. Запропоновано та конструктивно забезпечено способи вивіряння масивних великогабаритних деталей.

Нині, коли завод освоїв випуск кількох моделей верстатів цієї групи (1Р693, РТ248-8, РТ318, РТ958) досить високого технічного рівня, попит ними зростає. Найбільш повно технологічні можливості комбінованої обробки втілилися у спеціальному верстаті мод. РТ958 (рис.2). За бажанням замовника може змінюватися довжина верстатів від трьох до 12 метрів, кількість токарних та шліфувальних супортів, що підтримують люнетів, підставок, що полегшують вивіряння.

Ефективно використовують токарно-шліфувальні верстати при ремонті роторів турбін різного призначення, валків металургійного та поліграфічного виробництв, шпинделів важких металорізальних верстатів, валів приводу гребних гвинтів та інших великогабаритних деталей. Оскільки гранично допустима величина знімання з поверхонь, що ремонтуються, невелика, вдається за рахунок переходу від точення до шліфування збільшити кількість можливих ремонтів і продовжити термін служби дорогих виробів. Є успішний досвідвикористання токарно-шліфувальних верстатів у ремонтному, а й у основному виробництві.

Забезпечення точності поздовжнього переміщення шліфувального кола

При шліфуванні супорт, що несе шліфувальну головку, повинен переміщатися плавно, прямолінійно і без переорієнтації при зміні руху подачі. У разі переорієнтації шліфувальне коло в одному напрямку переміщається однією траєкторією, а в іншому - по іншій. На токарних верстатах різець майже ніколи не працює по одній зовнішній поверхні у двох напрямках без поперечного врізання, тому вимоги до переорієнтації не є настільки жорсткими, як при шліфуванні.

Супорти токарних верстатів, особливо важких, не переміщуються настільки прямолінійно, без хвилеподібних рухів, як шліфувальні столи. Це залежить від наступного:

Каретки токарних верстатів за своєю довжиною поступаються столам шліфувальних верстатів;

Велика маса фартуха, позацентрово прикріпленого до каретки супорта;

Привід подачі здійснюється від рейки, розміщеної поза напрямними та на великому від них віддаленні;

Радіальне биття ходового валу призводить до розгойдування супорта;

Обертається сила приводу подачі (навіть при абсолютної прямолінійності ходового валу) розгойдує супорт, впливаючи на нього через фартух.

Після низки невдалих спроб реалізувати необхідну точність поздовжнього переміщення шліфувальної головки по всій довжині напрямних станини, було прийнято рішення здійснити переміщення не кареткою, а верхніми поздовжніми санками спеціально сконструйованого шліфувального супорта. Цей супорт є змінним і може бути встановлений замість токарної (традиційної конструкції) на поперечні санки верстата.

На рис.2 зображено верстат з двома шліфувальними супортами (лівим та правим). Кожен шліфувальний супорт має нижню поворотну частину, поздовжні шліфувальні санки з регульованим приводом подачі, поперечні шліфувальні санки з механізмом ручної мікрометричної поперечної подачі, шліфувальну головку з приводом обертання.

Шліфування виконують на окремих ділянках обмеженої довжини (300мм на верстаті мод. РТ958, 600мм на верстаті мод. РТ700). При необхідності виконувати обробку в іншому місці шліфувальний супорт переміщують станиною рухом каретки. Аналіз показує, що з більшості деталей протяжність окремих щаблів невелика, що дозволяє обробляти щабель однією установку каретки.

Виходить, що верстат має по два дубльовані переміщення:

1) Поздовжнє може здійснюватися кареткою верстата і поздовжніми шліфувальними санками, але переміщення санками є більш точним;

2) Поперечне може здійснюватися поперечними санками верстата і поперечними шліфувальними санками, але друге має більш тонкий відлік.

Також дубльовані повороти навколо вертикальної осі, але кожен із поворотів виконує своє призначення. Поворотом поздовжніх шліфувальних санок регулюють конусність ділянки, що шліфується, поворотом шліфувальної головки встановлюють в необхідне положення її вісь.

У процесі пошуку було випробувано два різні конструктивні оформлення напрямних поздовжніх шліфувальних санок: ластівчин хвіст і прямокутні. Перевірені також різноманітні матеріали пари тертя: чавун із чавуну; чавун по загартованій сталі; бронза по загартованій сталі; наповнений фторопласт по чавуну та сталі.

Результати по точності при всіх конструктивних виконаннях і поєднаннях матеріалів не можна визнати задовільними, що дало підстави віддати перевагу покупним кульковим беззорим напрямним кочення Star фірми Rexroth. Побоювання, що такі напрямні гірше гаситимуть вібрації, не підтвердилися. Величина переорієнтації практично звелася до нуля, досягнуто високої точності обробки і шорсткості в межах Ra 0,1 - 0,16 мкм.

Привід подачі поздовжніх шліфувальних санок здійснюється від індивідуального електродвигуна постійного струму, який ремінною передачею передає обертання центрально розташований ходовий гвинт. Привід забезпечує широкий діапазон безступінчастого регулювання швидкостей переміщення, що важливо для отримання оптимальних режимів шліфування та редагування кола.

Привід переміщення поперечних санок ручної з пристроєм мікрометричної подачі, аналогічним тому, що застосовують на круглошліфувальних верстатах. На дисплеї цифрової індикації можна з точністю відліку 1 мкм спостерігати за положенням робочої кромки ріжучого інструменту.

З метою зменшення вібрацій, джерелом яких можуть з'явитися елементи шліфувальної головки, що швидко обертаються, санки, на яких закріплені шліфувальна головка і двигун приводу її обертання, повинні володіти підвищеною жорсткістю і збільшеною масою. Всі деталі шліфувального супорта, що сполучаються, повинні бути взаємно підігнані шляхом шабріння до щільного стику. Деталі, що швидко обертаються, не повинні мати незбалансованості. Добре зарекомендував себе такий підхід: з метою зменшення незбалансованості всім робочим та неробочим поверхням шківів, оправок та планшайб надають биття, що не перевищує 0,03 мм, що робить непотрібним проведення спеціальної операції їх балансування.

Деякі особливості круглого шліфування поверхонь

На шліфувальних верстатах обробку зовнішніх і внутрішніх поверхонь тіл обертання прийнято виконувати периферією шліфувального кола, а обробку торців деталі - і периферією, і торцем.

Однак, якщо на деталі 1 (рис.3) необхідно обробити поглиблені поверхні (наприклад, опорні шийки роторів турбін різного призначення), то зона обробки (рис.3,а) може бути недосяжною для периферії шліфувального круга 2. Підійти до таких поглиблених поверхонь заважають елементи конструкції планшайби 3, шліфувальної головки 4 і корпусу головки 5. Єдиний вихід - працювати колами великих діаметрів, що, у свою чергу, вимагають великогабаритних шліфувальних головок, які важко розмістити на супортах токарних верстатів.

З метою кардинального розв'язання цієї проблеми запропоновано істотне зміна у традиційному підході: виконувати кругле шліфування зовнішніх поверхонь як периферією, а й торцем кола (рис.3,б).

При шліфуванні торцем кола зона досяжності значно розширюється, т.к. виліт робочої частини кола 2 збільшується за рахунок довжини оправки 3 і виступає з корпусу 5 частини шліфувальної головки 4. Практично будь-які поглиблені поверхні деталей стають досяжними для ріжучого інструменту.

Виникає питання: чому спосіб, відомий багато років і має таку явну перевагу перед шліфуванням периферією кола, не знайшов широкого використання на круглошліфувальних верстатах? Пояснення можна знайти в тому, що крім зазначеної переваги кругле шліфування торцем кола має три характерними рисами, що знижують його ефективність:

1) Продуктивність нижча, ніж при шліфуванні периферією;

2) Є дві робочі ділянки шліфувального кола ліворуч і праворуч від осі його обертання, що контактують з оброблюваною поверхнею, далі називатимемо їх ліва і права сторони кола.

3) Якщо при обробці закритих поверхонь довжина поздовжнього переміщення L (рис.3,б) виявиться меншою за два діаметри внутрішньої частини шліфувального кола Dк, то шліфування торцем кола стане неможливим, так як частина оброблюваної поверхні деталі, що лежить усередині кола, виявиться не перекритою, отже, залишиться необробленою.

Знижена продуктивність визначається меншою жорсткістю технологічної системи та меншою протяжністю двох робочих ділянок кола в порівнянні з однією робочою поверхнею при шліфуванні периферією кола.

Для розуміння другої особливості круглого шліфування торцем кола докладніше зупинимося на сутності цього способу. Вирішальну роль має точність розташування осі обертання кола напряму руху подачі. Вони (вісь та напрямок) повинні бути строго взаємно перпендикулярними.

Правку кола виконують алмазом, що здійснює рух подачі по одному з робочих ділянок кола зліва або праворуч від осі його обертання. Рух подачі при правці та при шліфуванні є загальним. На рис.4 показаний випадок, коли виправлення кола виконали ліворуч від осі обертання. Якщо вісь обертання не перпендикулярна до напрямку руху подачі, то торець кола в ході правки набуде форми конуса.

На лівій стороні кола, де виконувалася редагування, утворюється лінія, паралельна руху подачі. По цій лінії зліва відбувається контакт кола з оброблюваною поверхнею, а на протилежному боці, праворуч, з оброблюваною поверхнею контактує точка.

Залежно від відхилення перпендикулярності осі стосовно напрямку подачі лінія працює або на меншому діаметрі деталі (рис.5, а), або на більшому діаметрі (рис.5, б). Крім того, ліва та права робочі сторони кола працюють з різною глибиною різання. Зі збільшенням відхилення настане момент, коли перепад між положенням лівої та правої сторін кола перевищить глибину різання і тоді почне працювати лише одна зі сторін: ліва у разі а), права у разі б).

Якщо шліфування йде на прохід, то визначає якість поверхні та сторона кола, що працює на меншому діаметрі виробу. З двох випадків, показаних на рис.4, найкращі показники по шорсткості обробленої поверхні вийдуть у разі а), тому що на меншому діаметрі деталі працює лінія, а не точка.

Описане призводить до того, що при шліфуванні закритих поверхонь, яке виконується не на прохід (рис.5), на обробленій поверхні утворюються дві ділянки різних діаметрів. На стику цих двох ділянок виникає сходинка, висота якої залежить від неперпендикулярності осі кола до напрямку руху подачі.

де D – діаметр шліфувального кола, d – кутова похибка похибки осі кола щодо напрямку подачі.

За спрямованістю сходинки можна судити про положення осі кола: менший діаметр обробленої поверхні виходить з боку гострого кута між віссю кола і напрямом подачі. В разі

а) менший діаметр зліва, у разі б) – праворуч.

Характер шорсткості поверхонь обох ділянок деталі також буде різним. Шорсткість буде краще на лівій ділянці, де коло з виробом контактують по лінії (з цього боку кола виконувалася правка). Гірше шорсткість буде правому ділянці, там, де коло працює точкою.

де s – подача шліфувального кола, мм/об.

Одержати необхідну шорсткість Ra 0,2 - 0,32 мкм протягом усього шліфованої поверхні можна, надавши високу точність перпендикулярності осі обертання кола до напрямку подачі (рис.6). В цьому випадку при шліфуванні можна спостерігати іскріння однакової інтенсивності на лівій та правій робочих сторонах кола. На обробленій поверхні виявляються не дві, а три ділянки: перша ділянка, оброблена лівою робочою стороною кола; другий, на якому коло працювало обома сторонами; третій, опрацьований правою робочою стороною. Сходинка на стику відсутня, а шорсткість на всіх трьох ділянках приблизно однакова.

У конструкції верстата передбачена можливість надзвичайно тонкого регулювання положення осі шліфувального шпинделя шляхом повороту головки шліфувальної навколо вертикальної осі. За допомогою пари регулювальних гвинтів, розміщених ліворуч і праворуч від осі повороту, можна тонко довертати голівку, змінюючи положення осі обертання кола. Визначити положення осі можна шляхом перетинів індикатором, прикріпленим струбциною до оправлення шліфувального кола по прошліфованій поверхні.

Щоб зменшити вплив раніше обумовленого обмеження 3) доводиться працювати колами малих діаметрів 80 - 100мм. Хоча для підтримки швидкості різання 25 - 32 м/с необхідно мати високу частоту обертання кола 5000 - 7500об/хв, малогабаритні легкі шліфувальні кола навіть за таких частот обертання можуть успішно працювати без балансування.

При шліфуванні торцем кола поглиблених циліндричних поверхонь (див. рис.3,б) доводиться працювати з великими вильотами кіл, через що жорсткість технологічної системи виявляється зниженою. Правильне вирішення проблеми полягає в поєднанні оптимальної конічної довжини за формою оправки і збільшеного вильоту шліфувальної головки з корпусу. Потрібно дотримуватись правил: максимальна довжина оправки не повинна перевищувати відстані між підшипниками шліфувальної головки. Виходячи з цього, слід віддавати перевагу збільшенню довжини шліфувальної головки, а не оправки. Підвищення жорсткості також сприяє збільшення діаметра шліфувальної головки, але при діаметрі головки, більшому, ніж діаметр шліфувального кола, виникають обмеження у досягненні поглиблених поверхонь.

Забезпечення точності обертання виробу

Точність обертання виробу забезпечується точністю обертання шпинделів передньої та задньої бабок, точністю обертання роликів підтримують люнетів та правильністю вихідної вивірки заготовки. Заготівлю затискають кулачками двох чотирикулачкових патронів передньої та задньої бабок.

Досвід заводу показав, що найкращі результати досягаються, коли задня бабка верстата має шпиндельний вузол, який за показниками жорсткості та точності обертання шпинделя не поступається передній. Це забезпечують наступним:

1) конструкція та розміри шпиндельного вузла ідентичні вузлу передньої бабки;

2) шпиндель має фланець для встановлення затискного патрона;

3) як радіальні опори шпинделя використані підшипники серії 3182000 другого класу точності;

4) шляхом зсуву при складанні внутрішніх кілець у підшипниках створюють натяг, що забезпечує високу жорсткість.

Перевірку точності обертання шпинделів токарних верстатів зазвичай здійснюють опосередковано шляхом виявлення радіальних та торцевих биття посадкових поверхонь під установку затискних патронів та центрів. При цьому оцінюють одночасно точність обертання осі та точність розташування щодо цієї осі посадкових поверхонь шпинделя. Однак точність обробки на токарно-шліфувальних верстатах із закріпленням заготівлі в кулачках затискних патронів ніяк не пов'язана з точністю розташування цих поверхонь. Доцільніше за допомогою спеціальної регульованої оправки контролювати точність обертання осі шпинделя відповідно до перевірки 4.11.2. ГОСТ18097-93 «Верстати токарно-гвинторізні та токарні. Основні розміри. Норми точності.

Оправлення (рис.8) корпусом 1 прикріплюють до фланця торця шпинделя верстата. Положення стрижня 2 регулюють торцевими гвинтами 3 і радіальними 4 до отримання мінімально можливого биття у шпинделя торця і на певній відстані від торця. Завод розробив конструкцію регульованих оправок та оснастив виробництво для всіх використовуваних розмірів кінців шпинделів.

Норми, регламентовані ДСТУ, невиправдано зрівняні з вимогами до биття, виявленого звичайними оправками. Ймовірно, автори ДСТУ вважали, що вивірка регульованих оправок до мінімального биття – процедура трудомістка та залишили запас на похибку контролю. Досвід показує, що при певній навичці вивіряння можна здійснити з мінімальною похибкою і судити за показаннями вимірювального приладу про точність обертання шпинделя. На заводі встановлено норму биття 4 мкм.

У конструкції шпиндельного вузла використані регульовані роликові підшипники типу 3182000 другого класу точності. Зазори у підшипниках зменшують до нуля. Ролики люнетів також спираються на підшипники другого класу точності, допустиме биття робочої частини роликів має перевищувати 5 мкм.

Вивіряння та закріплення оброблюваних заготовок

Відомо, що вивіряння масивної нежорсткої заготовки є надзвичайно трудомісткою процедурою. Якщо у верстаті не передбачити жодних конструктивних рішень, то вивіряння та закріплення заготовки перетвориться на надскладне завдання, успішне вирішення якого не під силу навіть кваліфікованим умільцям.

Заготівля деформується під впливом сил тяжіння і закріплення, що змушує долати дві проблеми.

1. Провисання центральної частини довгої заготовки, закріпленої кулачками патрона за кінці, становить кілька десятих часток міліметра. У той самий час, у ротора турбіни, допускається радіальне биття більшості поверхонь щодо загальної осі робочих шийок, які необхідно обробляти, має перевищувати 0,02 - 0,03 мм, тобто. має бути у 30 - 40 разів меншим.

2. При закріпленні заготовки кулачками патрона передньої бабки її вісь, напевно, відхилиться від осі верстата. Фактична величина відхилення тим більше, що далі віддалення від патрона. Спроба закріпити другий кінець заготовки кулачками патрона задньої бабки пов'язана з викривленням осі заготовки.

Розроблено та реалізовано технологію надійного вивіряння та закріплення великогабаритних нежорстких заготовок. Ця технологія здійсненна за наявності в конструкції верстата двох шпиндельних бабок (передньої та задньої), оснащених чотирикулачковими затискними патронами, двох підставок та підтримуючих люнетів. Число люнетів вибирає замовник залежно від довжини верстата та характеру заготовок, що обробляються на верстаті. Підставки мають призми, на які вільно укладають заготівлю, їх осі лежать в одній площині з віссю верстата. Призми можна регулювати на висоті.

Обидва кінці заготовки спочатку вивіряють співвісно з віссю верстата. Наведемо два можливі варіанти вивірки.

1. До кожного з кінців заготовки кріплять індикатори та обкатують ними по зовнішніх поверхнях корпусів затискних патронів. Щоб виключити вплив биття корпусу патрона, заготівлю та патрон одночасно повертають на однаковий кут.

2. До патрона та заготівлі кріплять відповідно лазерні випромінювач та приймач. Величину неспіввісності виявляють при одночасному провороті шпинделя та заготовки. Лазерні прилади для контролю співвісності виготовляє ряд інофірм (Pergam, Німеччина; Fixturlaser та SKF, Швеція).

Тільки після того, як обидва кінці заготовки, виявляться співвісними з осями шпинделів передньої та задньої бабок верстата, можна приступити до закріплення заготовки кулачками патронів. Затискач поєднують з остаточною вивіркою, доводячи радіальне биття окремих поверхонь заготівлі до мінімально допустимої величини (5 мкм по робочих поверхонь, дещо більше за іншими). Після вивірки призми підставок відводять від заготовки, а якщо підставки заважають обробці, їх знімають зі верстата.

Ролики люнетів, що підтримують, потрібно встановлювати на одну або дві необроблювані в даній операції поверхні, які мають високу точність форми (круглість). В іншому випадку похибка заготовки буде передана оброблюваної поверхні.

Ріжучий інструмент, режими обробки, досягнута точність

Як ріжучий інструмент можна рекомендувати застосування шліфувальних кіл з досить великим розміром зерна, наприклад, 40. Найбільшу універсальність мають круги з електрокорунду білого твердістю СМ2, якими можна успішно шліфувати різні матеріали різної твердості.

Такі характеристики кіл дозволять досягти високої продуктивності шліфування за попередніх і хороших результатів по шорсткості при чистових робочих ходах, виконаних з використанням чистової правки кола. Докладніше про чистове виправлення буде розказано в наступному розділі

Табл. 1 Режими шліфування торцем кола

Параметри обробки	Розмірність	Величини
		Попередняобробка	Чистові робочі ходи
Швидкість обертання виробу:	м/хв	15 - 30	10 - 20
Поперечна подача:	мм	0,01	0,005
Поздовжнє подання:	мм/про вироб	2 - 6	1 - 2

Заправлений на режимі чистової правки коло не має високої ріжучої здатності, тому їм слід робити не більше двох робочих ходів при малій глибині і один - два ходи, що виходжують, без поперечної подачі.

При необхідності збільшити продуктивність поздовжню подачу можна підняти до половини ширини робочої сторони кола при шліфуванні торцем та половини ширини кола при шліфуванні периферією.

Поперечну подачу при попередньому шліфуванні можна здійснювати на одинарний хід кола, а при чистових робочих ходах - тільки раз на подвійний хід. Верстат має автоматичний цикл шліфування від упору до упору. Ще ширші можливості розкриваються при оснащенні верстата пристроєм ЧПУ з відновленням положення ріжучої кромки кола після виправлення. Пристрій ЧПУ або щонайменше пристрій цифрової індикації дозволяють підвищити продуктивність і точність обробки.

При шліфуванні шийок роторів, виконаному під час випробувань кількох верстатів мод. РТ958, досягнута на ділянці завдовжки 220 мм.

1) Різнорозмірність діаметрів у поздовжньому перерізі – 5 мкм,

2) Різнорозмірність діаметрів у поперечному перерізі - 10 мкм,

3) Співвісність з іншими поверхнями – 20 мкм.

Допуск різнорозмірності становить 20 мкм, співвісності – 30 мкм.

Виправлення шліфувального кола

Процес шліфування потребує систематичних змін, т.к. стійкість кола мала. Як правлячий інструмент використовують алмази в оправі. Нове коло заправляють з метою ліквідації биття його робочих поверхонь.

Конструкція верстата має забезпечити виконання низки умов:

1. Пристрій редагування повинен мати високу жорсткість, щоб уникнути виникнення при редагуванні віджимів алмазу і вібрацій.

2. Повинні бути забезпечені легкість та зручність розміщення пристрою редагування в зоні роботи кола.

3. Привід подач повинен забезпечувати можливість здійснення редагування на двох режимах (табл.2):

а) На режимі прискореної подачі та великої глибини для фарбування абразивних зерен, що затупилися;

б) На режимі чистової редагування перед здійсненням фінішних робочих ходів. При чистовій правці з малими подачами (подовжньої та поперечної) алмаз не викрашує зерна кола, а перерізає. Навіть крупнозернисте шліфувальне коло стає гладким, і, незалежно від його зернистості, можна отримати хорошу шорсткість (Ra 0,1 - 0,32 мкм), щоправда, ріжуча здатність кола погіршується.

4. Пристрої ЧПУ або цифрової індикації значно підвищують продуктивність праці, оскільки з'являється можливість швидкого виходу кола в позицію правки та його повернення після виправлення на місце зустрічі із заготівлею, а також компенсації величини правки.

Табл.2 Режими редагування

Подача при редагуванні	Режим редагування			Шорсткість, Ra, мкм
	Поздовжня подача, мм/про коло	Поперечна подача Мм/хід	Число ходів
Прискорена (звичайне виправлення)	0,05 - 0,1	0,03 - 0,1	3 - 4	1,25
мала (чистова Виправлення)	0,01	0,01	1 - 2	0,2 - 0,32

Добре зарекомендував себе варіант кріплення правлячого алмазу безпосередньо до деталі, що обробляється. Знімний пристрій редагування охоплює одну з шийок деталі стрічкою або ланцюгом, кріплення здійснюється гвинтовим затискачем. Вершину алмазу встановлюють у площині, в якій коло контактує з оброблюваною поверхнею. З цією метою на горизонтальний майданчик алмазоутримувача можна встановити рівень. Самому алмазу доцільно додати нахил до цієї площини приблизно на 10 – 15 градусів. Таке розташування забезпечує самозагострення алмазу, так як при його повороті в тримачі повернеться і майданчик затуплення. Діамант почне працювати новою вершиною.

Система охолодження та захисні екрани

Система подачі СОЖ оснащена пристроями для очищення, як від металевих, так і неметалевих частинок - продуктів зносу та редагування кола. Недостатньо обмежитися використанням магнітних сепараторів.

Захисні екрани призначені для запобігання мастильно-охолоджувальній рідині, що працюють від бризок, і уламків шліфувального кола у разі його руйнування. У той же час елементи конструкції не повинні погіршувати огляд зони обробки та редагування кола і ускладнювати підведення шліфувальних кіл до оброблюваних поверхонь. Непогано проявили себе знімні та переставні щитки та гнучкі навісні елементи у вигляді шкіряної та гумової «локшини».

Висновки

1. Токарно-шліфувальні верстати - це особливий клас верстатів, область використання яких розширюватиметься. Незамінні ці верстати під час ремонту великогабаритних масивних деталей.

2. У конструкції верстатів необхідно мати передню та задню шпиндельні бабки, що мають однакові характеристики точності та жорсткості.

3. Доцільно оснащувати верстати спеціальними змінними токарними та шліфувальними супортами, які встановлюють на ті самі поперечні санки верстата. Шліфування виконують на обмеженій довжині заготовки, що обробляється.

4. У багатьох випадках ефективне шліфування зовнішніх поверхонь торцем кола. Таким колом можна досягти практично будь-якої поглибленої поверхні заготовки, що не вдається при шліфуванні периферією кола.

5. Напрямні шліфувального супорта повинні забезпечувати прямолінійне переміщення санчат на всій довжині ходу без переорієнтації. Найкращі результати отримані під час використання напрямних кочення.

6. Тримач правлячого алмазу повинен мати підвищену жорсткість, місце правки кола повинно збігатися з місцем контакту кола з оброблюваною поверхнею. Заслуговує на увагу кріплення алмазу на заготівлі.

7. Повинна бути забезпечена можливість редагування кола на двох режимах: при збільшеній подачі і при повільній подачі алмазу щодо кола.

8. Оснащення верстата пристроєм ЧПУ або цифровою індикацією дозволяє підвищити продуктивність праці та точність обробки.

9. Закріпленню великогабаритних нежорстких деталей має передувати вивірка їх положення щодо осей обох бабок. Розроблено технологію вивіряння та закріплення таких деталей.

10. Розроблено методику шліфування торцем кола, яке має у ряді випадків перевагу перед шліфуванням периферією.

11. Система подачі СОЖ має бути оснащена пристроями для очищення рідини від металевих та неметалічних частинок.

Список літератури

1. Свідоцтво корисну модель №17295 РФ. Верстат спеціальний токарний.

Обробка сталевих виробів може складатися з кількох етапів, що відрізняються технологічною схемоюта застосовуваним обладнанням. Для надання виробу або заготівлі остаточної форми використовують шліфувальні верстати металу. Незважаючи на конструкційні відмінності, вони мають практично однакові функції та параметри.

Область застосування шліфувальних верстатів

Процес шліфування необхідний формування остаточних розмірів і параметрів шорсткості деталі. Під час цієї роботи за допомогою абразивних матеріалів відбувається поетапне видалення шарів металу із заготівлі.

Додатково виконання цієї процедури дозволить позбутися незначних дефектів, покращить зовнішній виглядвироби та підвищить його антикорозійні властивості. Шліфування являє собою поступове зняття тонкого шару стружки шляхом контакту матеріалу з абразивним інструментом. Обертання різання інструменту є головним рухом в обладнанні. Обробка може виконуватись периферією абразивного компонента або його торцем.

Залежно від конфігурації заготівлі та необхідних параметрів її шліфування розрізняють такі способи обробки:

• зовнішнє. Застосовується надання зовнішньої поверхні необхідної форми;
• внутрішнє. Актуально для виробів із глухими чи наскрізними отворами. Абразив виконує обробку внутрішньої частини;
• профільне. Потрібно для шліфування виробів складної форми.

Для виконання кожного типу робіт необхідно правильно підібрати обладнання та його характеристики. Параметрами вибору є продуктивність, ступінь автоматизації та функціональність верстата. Також особлива увага приділяється абразивам, за допомогою яких відбувається зняття шарів матеріалу. Вони повинні мати необхідний показник зернистості і мати досить велику площу для контакту із заготівлею.

Деякі моделі шліфувальних верстатів металу розраховані для виконання декількох типів обробки. Але при цьому вони характеризуються високою вартістю та складністю експлуатації.

Круглошліфувальні верстати

Ці верстати призначені для виконання поздовжнього та врізного шліфування металевих заготовок різної форми. Характеризуються високою точністю виконання операції. Для підвищення цього показника рекомендується вибрати моделі з електронним блоком керування.

Конструктивно обладнання складається із двох робочих столів. На основному (горизонтальному) деталь фіксується в центрах (патроні) для подальшого обертання. Вертикальний стіл містить шпиндельну бабку із встановленим абразивним колом. Її керування може здійснюватися вручну або за допомогою блоку ЧПУ.

Етапи роботи внутрішньошліфувального верстата.

1. Закріплення деталі у центрах.
2. Налаштування початкового положення абразиву щодо заготівлі.
3. Запуск обертання деталі з поступальним рухом горизонтальної осі.
4. Обробка поверхні та подальше зміщення абразиву на глибину віддаленого шару матеріалу.

Залежно від характеристик обладнання, на ньому можна виконувати чорнове або чистове шліфування. У другому випадку оптимальним варіантом буде застосування моделей із системою автоматичних подач. При цьому визначальним параметром буде швидкість обертання абразивного кола.

Визначальними параметрами верстата є обмеження за розміром та масою заготовки. Завдяки широкому діапазону настоянки на обладнанні цього класу можна виконувати всі типи шліфування.

Зміна розташування абразивного кола залежить від моделі верстата. У деяких із них він може зміщуватися не тільки у вертикальній площині, а й у горизонтальній. Це значно розширює діапазон застосування.

Внутрішньошліфувальне обладнання

Вони призначені для обробки внутрішньої частини заготовок із наскрізними чи глухими отворами. Головною відмінністю від вищеописаних моделей є нерухомість заготівлі щодо абразиву. Даний шліфувальний верстат по металу застосовується для обробки циліндрів двигуна та аналогічних їм конструкцій.

Обробка відбувається за рахунок рухомого шпинделя, на якому встановлено диск. Він передає абразиву як обертальний, а й поступальний рух. Завдяки цьому відбувається шліфування внутрішніх граней заготівлі.

Залежно від конструкції та необхідної складності шліфування, обладнання цього типу умовно поділяється на такі групи:

• з одним шпинделем. З їх допомогою виконують обробку конічних та циліндричних виробів правильної форми. При цьому отвір не обов'язково має бути глухим;
• додаткова обробка країв. Ця функція дозволяє одночасно з внутрішнім шліфуванням робити торцеве. Для цього в обладнанні має бути присутнім додатковий шпиндель;
• двосторонні. Даний тип обладнання призначений для виконання двостороннього шліфування наскрізних отворів у деталях.

Внутрішньошліфувальні верстати використовуються для шліфування потужних виробів. Завдяки своїй конструкції та широкому функціоналу вони можуть виконувати всі типи обробки, включаючи остаточне доведення внутрішньої поверхні.

Особливими технічними характеристиками є максимальна довжина обробки, обмеження зовнішнього діаметру заготівлі та значення максимального та мінімального кута повороту абразиву в конусних виробах.

Однією з проблем експлуатації внутрішньошліфувальних верстатів є своєчасне видалення відходів з роботи абразиву. Для цього використовуються магнітні пристрої та спеціальні фільтри. Без них неможливо буде досягти потрібного показника шорсткості.

Хонінгування

Остаточний етап шліфування найкраще робити на спеціальному хонінгувальному обладнанні. Його конструкція багато в чому схожа із внутрішньошліфувальними моделями. Різниця полягає в тому, що заготівля не кріпиться на спеціальному пристрої. Також шпиндель має більшу довжину для більш ретельного шліфування.

Для повноцінного виконання своїх функцій на шпиндель можуть встановлюватися насадки з різною конфігурацією та розміром абразивного зерна. Обробка заготовки виконується вручну або за допомогою автоматизованої системи. У першому випадку шпиндель може зміщуватися щодо осі. Автоматичний режим передбачає механізми максимально чистової обробки поверхні заготовки.

Для вибору оптимальної моделі необхідно враховувати такі нюанси конструкції:

• параметри шпинделя – його довжина та кількість ступенів свободи;
• можливість виконувати шліфування у горизонтальній та вертикальній площині;
• кількість шпинделів. Це впливає не лише на якість, а й на швидкість шліфування.

Як обробний інструмент використовується болванка, що встановлюється на шпиндель. У її конструкції передбачені рознімання для кріплення абразивних брусків різної конфігурації.

Для досягнення оптимального результату в процесі хонінгування до зони обробки подається рідина. Вона виконує кілька функцій: запобігає нагріванню поверхні та видаляє абразивні частинки, що відкололися від брусків.

Безцентрово-шліфувальні моделі

Принцип роботи цих верстатів заснований на передачі моменту, що крутить, від провідного кола заготівлі. Вона не кріпиться жорстко у центрах. Ступінь притиску до робочого абразиву контролюється за допомогою регулювання положення провідного кола.

Найчастіше як матеріал обробки використовують абразивну стрічку. Вона встановлюється поверхню робочого кола. Такий принцип роботи дозволяє оперативно здійснити переналаштування обладнання активації іншого режиму.

Переваги використання безцентрово-шліфувальних агрегатів:

• Висока швидкість обробки. Порівняно з вищеописаними моделями, вона збільшується в 1,5-2 рази. Це дозволяє шліфувати тонкостінні вироби з м'яких сортів металів;
• для масивних заготовок можна використовувати метод фіксації на твердих опорах. При цьому привід шпинделя має консольну конструкцію, яке обертання здійснюється за рахунок впливу магнітного патрона. Таким чином, знижується ймовірність появи биття. Також практично відсутнє навантаження на стінки заготовки, що є основною причиною її часткової деформації по краях, що характерне при використанні класичних шпинделів;
• можливість використання осьових опор. Вони утримують конструкцію по осі її обертання. Так можна виконувати шліфування по всій зовнішній поверхні.

Подібне обладнання оснащується автоматизованим комплексом керування функціями. Це вимушений захід, тому що досягти хорошого результату чистового шліфування за допомогою ручних механізмів для даного методу практично неможливо.

Фахівці машинобудівних підприємств, що відвідують зарубіжні виставки металообробного устаткування, є свідками успіху такого технічного рішення, як суміщення однією верстаті кількох технологічних операцій та навіть процесів, причому у різних поєднаннях. Здається, вже не залишилося у виробництві операцій, навіть найскладніших, які не поєднали б у спробі підвищити точність і продуктивність обробки шляхом зниження кількості переустанов.

Ця ідея, що зародилася давно і реально втілена в 1992 році фірмою Emag, що представила на виставці METAV92 вертикально-токарний верстат перевернутого компонування, стала реальною матеріальною силою вже через кілька років. Доказом того є понад 5000 верстатів такого компонування, проданих на різні заводи, — головним чином автомобільні та тракторні. На її базі стала можливою і комбінація точення, переважно твердого, для сталей і сплавів, що важко обробляються, твердістю понад 45HRC, з абразивною обробкою, також вперше у світі здійснена в 1998 році тією ж фірмою Emag, але вже спільно з фірмою Reinecker, що увійшла до її складу, на верстаті. мод. VSC250DS (рис. 1).

Коли переваги очевидні

З того часу переваги цієї компоновки стали очевидними багатьом іншим німецьким, швейцарським та італійським фірмам, що випускають як токарні, так і шліфувальні верстати. Для токарних центрів вони полягають у можливості використання сухого та твердого точення, а в деяких випадках і шліфування за один установ деталей невеликого діаметру (до 400 мм, тільки у верстата G 250 фірми Index діаметр обробки досягає 590 мм), але досить великої довжини. Таких деталей типу зубчастих коліс різних дисків чимало зустрічається в автомобільній промисловості.
Крім того, підвищуються продуктивність обробки, оскільки припуск під шліфування після точення можна довести до декількох сотих міліметра (реально він досягає зазвичай кількох десятих), і її точність, яка, зрештою, визначається шліфуванням. На сьогодні такі комбіновані верстати випускають кілька фірм, переважно німецьких, основною сферою діяльності яких є, як показано в таблиці 1, виробництво не тільки токарних центрів (Emag, Index, Weisser), а й шліфувальних верстатів (Junker, Buderus Schleifmaschinen, Schaudt Mikrosa BWF). Їхня вартість коливається у значних межах і визначається, насамперед, компонуванням, конструктивним виконанням та комплектацією.

Виставка ЕМО 2003 показала, що інтерес до комбінованих верстатів для твердого точення та шліфування наростає. Поряд із фірмами Emag, Index, Weisser, Buderus, Schaudt Mikrosa BWF, які раніше експонували верстати для комбінованого точення та шліфування, аналогічну продукцію продемонстрували й інші виробники верстатного обладнання. Наприклад, фірма Tacchella (Італія) показала дослідний зразок круглошліфувального верстата Concept, оснащеного 8-позиційною револьверною головкою з нерухомими інструментами (мал. 2), а фірма Meccanodora (Італія) — серійний верстат Futura для твердого точення та фрезерування, а також зовнішнього та внутрішнього шліфування деталей трансмісій. Верстат Stratos М, вперше показаний фірмою Schaudt Mikrosa BWF на виставці ЕМО 2001, був додатково оснащений 8-позиційною револьверною головкою.

Комбінована обробка

У деталей, що проходять через токарно-шліфувальний центр, наприклад валів електродвигунів, в більшості випадків не потрібно шліфування всіх поверхонь - в основному лише опорних або зношуваних. Для решти цілком достатньо точення. У подібних випадках, коли жорсткі розмірні допуски та висока якістьповерхні необхідні лише на окремих ділянках деталі, повністю виправдано використання токарних верстатів з можливістю шліфування, тим більше, що обробка на них відбувається за один установ. Якщо ж у заготовки є безліч щаблів, більшість яких підлягає шліфуванню, її потрібно обробляти на шліфувальному верстаті з можливістю точення.

Таким чином, на шліфувальному верстаті обробку ведуть у тому випадку, якщо:

• заготовки виконані з важкооброблюваних матеріалів, що не піддаються або важко піддаються точенню;
• необхідні допуски перевищують досяжні при точенні;
• необхідна якість поверхні настільки високо, що його не можна забезпечити при гострінні, у тому числі твердому.

Токарний верстат використовують для обробки, коли:

• складна геометрія заготовки робить обробку лезовим інструментом з точковою ріжучою кромкою (наприклад, різцем) більш ефективною, ніж порівняно широким шліфувальним кругом;
• обсяг матеріалу, що знімається порівняно великий і перевищує можливості знімання шляхом шліфування;
• необхідна обробка уривчастих поверхонь.

Для багатьох деталей діють вимоги, які пред'являються як у першому, так і в другому випадках, тому поєднання на одному верстаті шліфування з твердим точенням збільшує його гнучкість і дозволяє оптимізувати кожну операцію.

Конструктивні особливості верстатів

Аналіз представлених у таблиці 1 верстатів свідчить, що переважна їх більшість має вертикальну компоновку, яка для порівняно коротких деталей (з діаметром більше довжини), зазвичай піддаються точенню та шліфування, виявилася ефективнішою за горизонтальну. Обробка досить довгих валів (від 600 мм у мод. HSC250DS фірми Emag до 1400 мм у мод. G250 фірми Index) залишається винятком і здійснюється лише у верстатів горизонтального компонування. Крім того, більшість верстатів з метою підвищення їх ефективності оснащено конвеєрами для подачі заготовок та видалення робочої зони готових деталей. Одним із засобів збільшення жорсткості верстатів, що піддаються при комбінованій обробці підвищеним навантаженням, є застосування (у верстатів фірм Emag, Schaudt BWF Mikrosa та деяких інших) полімербетонних станин, що володіють хорошими властивостями, що демпфують, а також (у верстатів фірми Buderus) станін з натурального граніту.

Майже всі верстати в стандартному виконанні забезпечені більш ніж одним шліфувальним шпинделем, щоб мати можливість здійснювати як зовнішню, так і внутрішню обробку. При цьому механізм редагування вбудований безпосередньо в верстат. Зазначимо, що майже всі фірми пропонують як опції лінійні двигуни, причому не тільки по поздовжній осі, по якій відбувається максимальне переміщення, але і по поперечній. Це означає можливість подальшого підвищення продуктивності таких верстатів.

Зрозуміло, фірми, що випускають токарні верстати, наприклад Emag і Index, і фірми – виробники шліфувальних верстатів, наприклад Junker, за загальної мети – забезпечення високої гнучкості, продуктивності та ефективності обробки при виборі підходу до конструкції свого обладнання, в якому тверде точення поєднується зі шліфуванням або навпаки, - керуються різними міркуваннями. Як правило, цю конструкцію роблять такою, щоб на верстаті крім точіння та шліфування була можливість виконання у разі потреби та інших операцій.
Так, верстат мод. V300 фірми Index перевернутого компонування з вертикальним шпинделем (на зразок фірми Emag) розрахований на обробку широкого асортименту заготовок будь-якого типу (виливків, поковок тощо). Їх завантаження та розвантаження здійснюється автоматично. Завдяки модульній конструкції, верстат, який оснащують великою кількістю комбінованих у будь-якому порядку інструментальних головок та блоків (рис. 3), призначених для виконання різних операцій точення, свердління та шліфування, може працювати як у дрібно-, так і в середньосерійному виробництві. У процесі обробки шпиндель переміщує заготовку, підводячи її до різних встановлених на станині інструментальних блоків, які здійснюють задані операції точення, свердління, зовнішнього і внутрішнього шліфування. Для виконання комбінованого твердого точення і шліфування на станині монтується револьверна головка з нерухомими інструментами, що обертаються. У блоці зовнішнього шліфування використовують шліфувальні круги діаметром 400 мм і шириною 40 мм із традиційних та надтвердих матеріалів, наприклад КНБ, що обертаються з частотою до 6000 хв -1 від приводу потужністю 7,5 кВт. Їх виправлення здійснюється автоматично. У блок вбудовано електромагнітну систему балансування шліфувального кола. Внутрішнє шліфування здійснюється колами з таких матеріалів, але встановленими на оправках з конусом HSK32 для отримання максимальної точності і жорсткості шліфувального шпинделя. Високочастотний шпиндель для їхнього обертання має потужність від 2 до 15 кВт і розрахований на частоту обертання в межах 45000-100000 хв -1 . Додаткові операції на цьому верстаті можуть бути виконані за допомогою діодного лазера, вбудованого у виробничий процес для виконання на затиснутій в патроні шпинделя заготівлі загартування зовнішніх поверхонь, а також торців та окремих ділянок на внутрішніх поверхнях. Додатковою операцією є також розкочування, що виконується на верстаті мод. CNC 435 компанії Buderus.
Багатофункціональні верстати - найбільш успішно розвивається в даний час, причому в багатьох аспектах, тип обладнання для лезової обробки - не є особливо новим для абразивної. За допомогою шліфувальних кіл, що вбудовуються, наприклад, в магазини деяких фрезерних обробних центрів, давно вже виконують напівчистову і чистову обробку складних поверхонь деталей з матеріалів, що важко обробляються, наприклад турбінних лопаток. Основні технологічні переваги таких центрів - зменшення кількості необхідного обладнання та, відповідно, необхідних виробничих площ та числа операторів, можливість передачі готових деталей безпосередньо на складання - зберігаються і для багатофункціональних верстатів на базі шліфувальних. Однак у цього обладнання для комбінованої шліфувальної та токарної обробки існує ряд відмінностей та переваг. Слід зазначити, зокрема, істотне переважання в нього шліфувальних операцій над токарними, фрезерними та свердлильними, обов'язкове охолодження робочої зони, наявність при шліфуванні деяких випадках механізму зміни кіл. Як перевагу необхідно розглядати і те, що при виконанні на шліфувальних верстатах токарних, фрезерних, різьбонарізних та інших лезових операцій досягається більша точність, ніж при їх виконанні на токарних та/або фрезерних, тому що в шліфувальних верстатах, що перетворюються на багатофункціональні, спочатку закладена більш висока точність ніж, наприклад, токарних, яким надають можливість шліфування. Такі верстати випускають швейцарська фірма Magerle та німецька Junker.
Модульний верстат MMS (рис. 4), вперше показаний фірмою Magerle на виставці ЕМО2003, має симетричну портальну конструкцію, яка разом із кульковими гвинтовими передачами по осях координат забезпечує його статичну та динамічну жорсткість та термостабільність. Переміщення за трьома осями координат (500x250x200 мм) за допомогою цих передач виконує стіл, що дозволяє встановлювати на верстаті горизонтальні, вертикальні або похилі шліфувальні головки і робити його ручне або автоматичне завантаження з чотирьох сторін. На виставці, зокрема, був показаний варіант верстата з вертикальним мотор-шпинделем потужністю 30 кВт та вбудованим пристроєм зміни інструменту (п'яти шліфувальних кругів діаметром 300 мм, шириною 60 мм та масою не більше 20 кг або 20 кіл діаметром не більше 130 мм), що виробляється за 3 секунди. Частота обертання кіл рекомендується в межах 1000-8000 хв -1. У конусі HSK-A-100 шпинделя можуть бути встановлені також фрези, свердла та інший лезовий інструмент, що при комбінації з двокоординатною ділильною головкою та пристроєм зміни супутників дозволяє обробляти невеликі лопаті насосів, турбінні лопатки та інші складні деталі. Цьому сприяє можливість подачі СОЖ через центр шпинделя під тиском 80 бар.
Досвідчений зразок багатофункціонального верстата Concept, який також вперше показала на цій виставці італійська фірма Tacchella Macchine, є поєднанням звичайного круглошліфувального верстата з восьмипозиційною револьверною головкою, в якій встановлені нерухомі інструменти. Виконані з КНБ два кола великого діаметра розгорнуті на верстаті відносно один одного на 180 градусів і можуть по черзі повертатися до робочої зони. Станина верстата виконана у вигляді жорсткого оребреного чавунного виливка. Переміщення по осях X та Z можуть бути виконані за допомогою лінійних двигунів або кулькових гвинтових передач. Для переміщення робочих органів є гідростатичні напрямні. До недоліків цього верстата можна віднести те, що в нього не розділені між собою робочі зони точення та шліфування. Надалі в револьверній головці будуть, мабуть, встановлені і інструменти, що обертаються, що розширить технологічні можливості верстата, а число револьверних головок може бути збільшено до двох.
На верстаті Hardpoint серії 300 модульної конструкції фірми Junker з похилою станиною загартовані та незагартовані деталі типу тіл обертання діаметром 80 мм і такої ж довжини (рис. 5) крім шліфування та хонінгування колами та головками з КНБ можна за один установ виконувати точіння, свердління та розгортання , а також нарізати різьблення та видаляти задирки. Верстат реалізований у чотирьох варіантах з числом шпинделів від двох до чотирьох, у яких одночасно можна обробляти до чотирьох деталей з передачею або без передачі з одного шпинделя до іншого. Управління верстатом провадиться по шести осях координат від пристрою ЧПУ Sinumerik 840D. Верстат можна завантажувати вручну або автоматично.

Висока продуктивність верстата мод. CNC235 фірми Buderus Scheiftechnik (рис. 6) добиваються шляхом встановлення на ньому двох шпинделів, що дозволяють виконувати зовнішнє і внутрішнє шліфування (спеціальними головками) і тверде точення (окремими різцями або револьверною головкою) заготовок діаметром і довжиною до 150 мм, а також стрічк.

Багатофункціональні верстати, призначені для твердого точення та шліфування термооброблених заготовок, мають досить високий попит у споживачів за кордоном і поступово починають проникати в Росію. Існують відомості про встановлення одного такого верстата (фірми Buderus) на заводі «Волгобурмаш». Два верстати мод. Stratos М було поставлено у 2004 році на ВАЗ. Водночас у Європі, США та Південно-Східній Азії працюють уже 60 таких верстатів. Причина такої різкої різниці полягає у недостатньому рівні розвитку більшості галузей нашої промисловості та недостатній ефективності такого складного та дорогого обладнання у наших економічних умовах, а, отже, і мінімального попиту на нього. Тому найближчим часом на російських заводах не слід очікувати появи великої кількості верстатів для сухого точення та шліфування, хіба що на окремих підприємствах автомобільної промисловості та кількох підприємствах, що випускають обладнання для нафтогазової промисловості.

Володимир Потапов
Журнал "Обладнання: ринок, пропозиція, ціни", № 07, липень 2004 р.