Проверенные временем и современные круглошлифовальные станки

Для обработки металлических поверхностей используются разные инструменты и оборудование. Для работы с круглыми деталями могут применяться круглошлифовальные станки. Они имеют большие габариты, но обладают множеством преимуществ — простота работы, высокая точность, несколько режимов работы. Но как работает круглошлифовальный станок с инженерной точки зрения? Какими особенностями обладают эти устройства? И как выбрать станок для производственного цеха или фабрики? В статье эти вопросы будут рассмотрены.

Основные сведения

Круглошлифовальный станок — это устройство для автоматической шлифовки металлических изделий. Установка имеет вид большого стола, на который установлено дополнительное шлифовальное оборудование. Принцип работ круглошлифовальных станков прост. С помощью бабок или лафета в рабочей зоне устанавливается обрабатываемая металлическая деталь. После этого запускается шлифовальный круг, который вращается вокруг своей оси. Круг приближается к обрабатываемой детали, что приводит к зачистке металлической заготовки.

С помощью круглошлифовального станка можно обрабатывать цилиндрические, конические и торцевые заготовки, а также крупные отверстия. По конструкции различают центровые и бесцентровые модели. У центровых моделей заготовка закрепляется с помощью специальных бабок-пазов. Бесцентровых моделей заготовка фиксируется в рабочей зоне станка с помощью прижимного лафета. Круглошлифовальный станок выполняет такие задачи — абразивная затирка поверхности заготовки, удаление лишнего слоя металла, устранение неровностей на поверхности металла.

Элементы круглошлифовальных систем

• Рабочий стол. Выступает в качестве основы, на которую крепятся все основные элементы. У рабочего стола могут иметься небольшие колесики, которые используются для транспортировки установки. Рабочий стол делают из прочных металлических сплавов, как и другие элементы шлифовальной системы.
• Пазы-бабки (центровые модели). Используются для крепления деталей на рабочем столе. Пазы могут вращаться вокруг своей оси, что позволяет обрабатывать заготовку по всей своей площади + улучшает качество шлифовки. Некоторые пазы могут перемещаться также в продольном направлении, что позволяет изменять положение детали на рабочем столе прямо во время обработки. Пазы-бабки могут быть подвижными — это позволяет изменить угол расположения заготовки на рабочем столе. За счет этого становится возможным шлифовка конических заготовок.
• Лафет (бесцентровые модели). Лафет также используется для крепления деталей на рабочем столе. Основное отличие от пазов-бабок заключается в том, что лафет не имеет своей оси вращения (его можно перемещать только в горизонтальном направлении). Для обработки заготовки с разных сторон выполняется поворот самой заготовки на лафете.
• Абразивный диск-колесо. Расположен в перпендикулярном направлении относительно расположения заготовки на рабочем столе. Во время работы выполняет роль абразива, с помощью которого выполняется обработка. Абразивные диски бывают разной формы. Простые станки имеют фиксированное расположение диска. Универсальный круглошлифовальный станок имеет подвижное диск-колесо, что делает установку более универсальной.
• Привод. Используется для перемещения абразивного диска-колеса во время работы системы. Привод может быть механическим, гидравлическими и электрическим. Крупные системы обычно оборудованы электрическим приводом, что упрощает процедуру перемещения диска во время работы. Небольшие станки имеют механический или гидравлический привод, что позволяет снизить потребление электричества.
• Электродвигатель. Выполняет роль источника энергии, с помощью которого выполняется питание всех основных элементов установки (вращающиеся пазы-бабки, абразивный диск-колесо и другие). Если станок оборудован электрическим приводом, то двигатель также питает и этот элемент. Электродвигатели обычно имеют мощность в пределах от 5 до 15 киловатт, хотя встречаются и более мощные установки. Современные электродвигатели обычно имеют дополнительные защитные элементы, позволяет избежать перегрева системы.
• Охладительная система. Во время обработки происходит серьезный нагрев заготовки за счет трения. Чтобы избежать перегрева заготовки, многие современные станки оборудуются охладительной системой. Она имеет вид небольших краников, которые устанавливаются в активной зоне. Краники подключены к хладагенту (в качестве хладагента обычно выступает вода). Во время обработки детали происходит активация краников, что приводит к распылению хладагента в активной зоне.

Основные параметры

При выборе оборудования следует учитывать его тип, который определяет многие важные параметры шлифования. К основным параметрам можно отнести:

1. Возможные размеры устанавливаемого центра. В случае бесцентровой модели важным показателем можно назвать размер стола.
2. Диаметр круга и скорость его вращения. Универсальные варианты исполнения можно применять для получения деталей различной формы, они могут быть конусными.

В паспорте указывается вся важная информация. Чертеж и паспорт позволяют определить то, какие технические характеристики имеет конструкция. Чертежи составляются с учетом ГОСТ, как и паспорт.

Вышеприведенная информация должна учитываться при выборе модели, схема круглошлифовального станка отражает все его особенности. Поэтому для определения важных моментов следует рассматривать чертежи и паспорт, составленные по ГОСТ.

Особенности круглошлифовальных станков

Управление осуществляется вручную с помощью механических, гидравлических приводов. Также многие современные установки оснащены панелью числового программного управления (ЧПУ), которая позволяет автоматизировать большинство производственных процессов. Это не только упрощает задачу рабочего, но и благоприятно сказывается на качестве обработки.

Для допуска к установке (как с панелью ЧПУ, так и без нее) рабочий должен пройти соответствующее обучение. Также он должен пройти инструктирование относительно правил техники безопасности на рабочем месте. Во время работы человек должен соблюдать осторожность, чтобы не повредить деталь и не нанести вред своему здоровью. В зависимости от конструкции различают такие разновидности установок:

• Простой станок. На таких установках можно менять только угол наклона стола, на котором закреплена основная деталь, а шлифовальный диск имеет фиксированное положение. Это позволяет обрабатывать детали конусной формы с малым углом при вершине. Фиксированное расположение диска ухудшает универсальность системы, однако заметно снижает его стоимость. Поэтому в случае небольших производств (автомастерские, домашнее строительство) покупка простого станка может быть оправданным решением.
• Универсальный круглошлифовальный станок. На таких системах можно вращать как стол, так и обрабатывающий диск. Это позволяет шлифовать все виды деталей (плоские, конусные, торцевые, переменного диаметра), а также отдельные отверстия внутри заготовок. Универсальный круглошлифовальный станок обычно оснащается ЧПУ, что позволяет заметно увеличить качество обработки. Такие установки дороже простых систем, а обычно их применяют в промышленности (машиностроение, ремонт кораблей или самолетов, производство оружия).

Назначение

Круглошлифовальные станки используется для обработки наружной цилиндрической поверхности, крепление заготовки проводится в центрах и патроне. При этом может проводиться продольная и поперечная подача для достижения необходимого результата. Универсальный вариант исполнения подходит для различных размеров, некоторые виды могут применяться в промышленности для получения особо крупных деталей.

Во время работы универсального станка с центрами направление вращения заготовки противоположно направлению вращения абразивного материала. Подобные модели могут использоваться в различных видах производства.

Стоит отметить, что круглошлифовальный станок используется при конечном этапе производства. Бесцентровые и другие типы моделей проводят шлифование после токарной обработки, фрезерования, сверления и так далее.

Разновидности шлифовки

Шлифовка с помощью круглошлифовального станка может осуществляться тремя основными методами — врезание, обработка уступами, продольный рабочий ход. Каждая из методик имеет несколько дополнительных модификаций, поэтому фактических сценариев обработки намного больше.

Основные методики обработки

• Шлифование продольным ходом. Заготовка устанавливается в специальные пазы, которые во время работы совершают вращательные движения. Пазы передвигаются с небольшой скоростью вдоль (скорость регулируются вручную или с помощью ЧПУ). Это приводит к двум эффектам во время работы — деталь не только вращается, но и перемещается вдоль своей оси. Также включается полирующий круг, который выполняет шлифовку. За счет продольного хода деталь обрабатывается по всей своей площади, что упрощает ее обработку. Оптимальная глубина — 0,05-0,1 мм.
• Глубинное продольное шлифование. Этот способ повторяют предыдущую технологию с одним небольшим отличием — во время работы глубина составляет от 0,1 до 0,4 миллиметров. Это позволяет не только зачищать поверхность, но и срезать ненужный слой металла с заготовки. Глубинная обработка ускоряет зачистку, однако она не подходит для работы с мягкими металлическими сплавами (латунь, бронза, алюминий и другие).
• Двойная продольная шлифовка. На станочное оборудование устанавливается два обрабатывающих диска, а сама обработка выполняется методом продольного хода. Первый диск обладает более крупным зерном в сравнении со вторым. Между дисками может устанавливаться небольшая прокладка, которая позволяет упростить процедуру обработки. Смысл подобной системы такой: деталь проходит зачистку на первом диске, где происходит срезание ненужного слоя металла. Потом она поступает на второй диск, где выполняется ее полировка и финальная зачистка.
• Врезное шлифование. Металлическая заготовка монтируется в пазы, которые совершают вращательные движения во время работы. Пазы являются статическими (то есть деталь не совершает продольных движений). Для обработки применяется широкое колесо-диск, которое по длине гораздо больше самой заготовки. Зачистка выполняется так: деталь подносится к вращающемуся колесу, что приводит к шлифовке заготовки по всей ее длине. Технология подходит для обработки фасонных или одинаковых деталей и сплошных листов, у которых отсутствуют небольшие выемки или углубления.
• Шлифование уступами. Методика представляет собой комбинацию продольной и врезной технологии шлифовки. Шлифовка уступами применяется для зачистки длинных грубых деталей, которые проблематично обработать с помощью только одной из стандартных технологий шлифовки. Механика процесса выглядит так. Деталь монтируется в специальные углубления, которые вращают ее и перемещают ее в горизонтальном направлении. Для самой обработки используется один или несколько шлифовальных дисков. Во время проходки обрабатывается один из участков детали методом врезного шлифования. Потом выполняется продольный ход, что позволяет обработать уже другую часть заготовки. При необходимости выполняется остановка станка и замена абразивного диска (при работе с пазами, углублениями, отверстиями).

Обдирочное и чистовое шлифование

При обдирочном шлифовании с поверхности металла срезается слой определенной толщины. Главная цель обдирочной обработки — это уменьшение размеров детали (по отдельному фрагменту или по всей площади).

Во время чистовой обработки выполняется полировка, а также удаление дефектов (заусеницы, трещины, острые углы). Обдирочная и чистовая шлифовка может выполняться как на разных, так и на одном станке.

Универсальный круглошлифовальный станок выполняет двойную шлифовку — первый диск снимает лишний слой металла, а второй слой выполняет финальную полировку.

Устройство

Оборудование с фиксированными ножами используется для автоматических линий. Круглошлифовальный станок по металлу может иметь разную комплектацию. Самая частая компоновка — с патронами 3 типов. Это патронные с 1-2 столами, центровые с 1-2 столами. Есть и бесцентровые установки с неподвижными или подвижными ножами, неподвижным башмаком.

Ось установки детали будет постоянной при любом положении рабочего шлифовального круга, что гарантирует высокое качество обработки. При износе узла дальнейшая регулировка не нужна, потери качества шлифовки не наблюдается. Однако конструкция таких станков более сложная. Станки с неподвижными бабками отличаются повышенной жесткостью, но габариты агрегата меньше, что позволяет применять оборудование не только в цехах, но и в небольших мастерских.

Основные модели

• Модель 3151. Имеет ручное управление, панель ЧПУ отсутствует. Может шлифовать все основные виды заготовок — полые, плоские, цилиндрические, торцевые. Также может применяться для обработки конусовидных заготовок с небольшим углом наклона. Модель 3151 не подходит для крупных фабрик, но ее можно использовать в мелкосерийном производстве.
• Модель 3M151. Является модификацией модели 3151. Оборудована автоматикой, что помогает управлять системой как в ручном, так и в автоматическом режиме. Модель 3М151 может выполнять все основные виды шлифовки округлых заготовок. Может использоваться на мелких производствах, в мастерских, на крупных заводах и так далее.
• Модель 3Б161. Оборудована гидравликой и автоматикой. Может выполнять все основные виды шлифовки (может выполнять в том числе шлифовку уступами). Подходит для серийной обработки, хотя при необходимости модель 3Б161 можно переоборудовать для единичного производства.
• Модель G25A-35СNC. Имеет электронный режим управления (ЧПУ). Модель оборудована продвинутой электроникой, может выполнять сложные варианты шлифовки в полностью автоматическом режиме. Высокая цена, но хорошие технические показатели (прочность, надежность, устойчивость, срок годности).

Основные технические характеристики

Существуют основные технические характеристики, которые отражаются в паспорте и чертеже. На основании ГОСТ проводится отображение следующей информации:

1. Мощность указывается в кВт. Определяет производительность машины.
2. Питаемое напряжение определяет возможность использования в той или ситуации оборудование. ГОСТ определяет то, что показатель указывается в Вольтах. Для промышленного применения подходит модель с питанием 380 В, а вот для бытового применения с питанием 220 В.
3. Размер рабочего стала. Бесцентровые шлиф-станки могут использоваться в определенных случаях.
4. Диаметр шлифовального круга. Круг имеет стандартные размеры, которые выбираются согласно ГОСТ.
5. Номинальное число оборотов также часто определяется в ГОСТ. Оно имеет важное значение, так как определяет скорость вращения круга.

Подобные моменты следует учитывать при выборе круглошлифовального станка.

Присоединительные и посадочные базы круглошлифовального станка 3М151Ф2

Техническая характеристика круглошлифовального станка 3М151Ф2. Наибольшие размеры устанавливаемой заготовки: диаметр 200 мм, длина 700 мм, диаметр заготовки, обрабатываемой с активным контролем, 0—85 мм, частоты вращения заготовки 50—500 мин-1 (регулируется бесступенчато), скорость шлифовального круга не более 50 м/с, рабочие подачи шлифовальной бабки для предварительной обработки 0,2—0,12 мм/мин, окончательной 0,1— 0,6 мм/мин, доводочные 0,02—0,12 мм/мин, скорость быстрого подвода шлифовальной бабки 1700—930 мм/мин, скорость перемещения стола 0,05—5 м/мин (число ступеней 10), габаритные размеры станка 4950 х 2400 х 2170 мм.

УЧПУ — специализированное для шлифовальных станков. Ввод УП — посредством декадных переключателей. Размеры в УП задаются в абсолютных значениях. По УП можно шлифовать восемь ступеней заготовки. Число программируемых координат — 2. Работа выполняется последовательно по каждой координате. Станок оснащен двумя измерительными устройствами и соответствующими им корректирующими системами: для определения отклонения размеров заготовки и круга. Контроль диаметрального износа круга (координата X) выполняется и корректируется косвенным путем при измерении заготовки в процессе обработки прибором активного контроля. Контроль базового торца заготовки (координата Z) осуществляется прибором осевой ориентации. Этот контроль нужен для привязки заготовки к координатной системе станка (например, в случае измерения глубины торцевых отверстий). Прибор имеет щуп, в момент касания которого заготовки производится коррекция «нуля» датчика положения стола станка. Дискретность перемещения по координатам: X — 0,001 мм, У — 0,01 мм. УЧПУ имеет цифровую индикацию.

Основные механизмы и движения в станке. Жесткая станина А станка (рис. 171, а) имеет направляющие, по которым совершает возвратно-поступательные перемещения стол Ж, несущий верхний поворотный стол, который можно поворачивать на угол. Заготовку устанавливают в центрах передней Б и задней Е бабок. Она получает движение круговой подачи. По поперечным направляющим станины перемещается шлифовальная бабка В, на корпусе которой смонтирован механизм поперечных подач Д. Шлифовальный шпиндель кроме вращательного движения имеет осевое перемещение в автоматическом режиме. Вспомогательные движения: ввод и вывод в зону обработки измерительных приборов, ручные перемещения стола и шлифовальной бабки, подвод-отвод пиноли задней бабки, перемещение следящего упора, продольное перемещение и подача на круг алмазного инструмента при правке, которая выполняется прибором В. Станок оснащен устройством для балансировки круга.

Система программного управления позиционная, замкнутая. Программу вводят с помощью декадных переключателей, по программе можно прошлифовать до восьми ступеней заготовки. Станок снабжен двумя измерительными устройствами и двумя корректирующими системами: для определения отклонений размеров заготовки и круга. Контроль диаметрального износа круга (по оси X) проводят и корректируют косвенном путем при измерении заготовки при шлифовании широкодиапазонным прибором активного контроля. Контроль базового торца (по оси Z’) проводят прибором осевой ориентации для привязки заготовки к координатной системе станка (например, при изменении глубины зацентровки). В момент касания заготовки щупом прибора осуществляют коррекцию «нуля» датчика положения стола. Дискретность программируемого перемещения по оси X равна 0,001 мм, а по оси Z’ — 0,1 мм.

Цикл работы станка принят по следующей программе. Включаются электродвигатели гидросистемы, насосов смазывания и магнитного сепаратора привода шлифовального круга. Поднимается измерительная скоба, отводится пиноль задней бабки, заготовка зажимается в центрах. Нажатием кнопки «Автомат»: шлифовальная бабка перемещается в крайнее положение, контролируемое конечным выключателем; стол занимает положение согласно координате торца первой шлифуемой ступени, без учета коррекции на зацентровку; подводится измерительная скоба и устройство осевой ориентации, щуп которого упирается в заготовку, включается движение стола до касания базовым торцом заготовки щупа прибора осевой ориентации; происходит совмещение начала отсчета по координате Z’ по установленной заготовке; убирается щуп прибора осевой ориентации.

Шлифовальная бабка перемещается со скоростью подвода 1800 мм/мин, пока датчик положения ее не войдет в зацепление со следящим упором и не замедлит скорость в 2 раза. Включается вращение заготовки и подача СОЖ. За 2—3 мм до достижения заданного размера скорость движения бабки замедляется до 6 мм/мин.

Изменение скорости перемещения шлифовальной бабки с форсированной на обдирочную происходит по команде реле касания круга с заготовкой или от датчика положения бабки при припуске на заготовку меньше 0,2 мм. Переключение шлифовальной бабки с форсированной подачи на обдирочную осуществляют по команде датчика положения. При переключении ее на чистовую подачу губки измерительной скобы смыкаются на заготовке и переход на доводочную подачу и окончание обработки дает скоба. При обработке прерывистых поверхностей окончательную обработку осуществляют по команде датчика.

Прошлифовав одну ступень, стол перемещается и шлифуется очередная ступень. Прошлифовав последнюю ступень, бабка отходит в крайнее положение и отводится измерительный прибор. Цикл шлифования вала окончен.

Продольное перемещение стола осуществляют гидроприводом станка гидроцилиндром Ц1 или вручную маховичком 9 через передачи 14/62, 12/48 и реечную передачу. Перемещение стола гидроприводом сблокировано с его ручным перемещением. Гидроцилиндром Ц2 выводится из зацепления вал с колесом z= 14.

Привод вращения заготовки осуществляют от регулируемого электродвигателя постоянного тока М2 посредством клиноременной передачи с диаметрами шкивов 74/122 и 63/168. Частота вращения заготовки бесступенчато регулируется в пределах 50—500 об/мин.

Поперечные подачи шлифовальной бабки осуществляют вручную и автоматически. Установочный привод шлифовальной бабки производят вручную маховичком 8 вала VI, через конические колеса 39/89 вала VII, червячную пару 2/40 и винт-гайку качения с р= 10 мм.

Станок имеет две ускоренные подачи 1800 и 900 мм/мин. Автоматическую рабочую подачу обеспечивают регулируемым электродвигателем постоянного тока МЗ через червячные пары 2/30 и 2/40 при включении электромагнитной муфты Ml, конические колеса 39/39, червячную пару 2/40 и винт-гайку качения. Скорость вращения электродвигателя контролируют тахогенератором.

Осевое перемещение шпинделя шлифовального круга для подшлифовывания торцов осуществляет подачу масла в цилиндр Ц5 и тем самым перемещает поршень-рейку, которая поворачивает колесо z= 17, вал XIV и кулачок 4, который, действуя на плунжер 5 и систему рычагов 6, перемещает шпиндель VIII. После контакта круга с торцом заготовки форсированная подача прекращается, происходит шлифование торца. В исходное положение шпиндель возвращается пружиной 7.

Автоматическую правку круга осуществляют там, где предусмотрена компенсация его износа — радиальная коррекция. Алмаз подают на шлифовальный круг автоматически или вручную вращением маховичка 2 на валу V колесами 22/72, 27/27 и ходовым винтом с р=2 мм. При автоматической правке от гидросистемы плунжер с собачкой 1 поворачивает храповое колесо z=200 на винте III. Угол поворота регулируют поворотом. Продольное перемещение алмаза осуществляют гидроцилиндром ЦЗ. На каретке под углом 45° перемещается гидроцилиндром Ц4 корпус, опирающийся щупом на прямолинейный копир 3, обеспечивающий однопроходную или двухпроходную правку круга. Положение копира регулируют винтом с р= 1,5 мм.

Задняя бабка. Отвод пиноли ее осуществляют гидравлически, перемещением поршня рейки или вручную поворотом вала-колеca z=24. Заготовка зажимается в центрах пружиной. На бабке смонтирован механизм вывода конусности на заготовке за счет того, что конусное отверстие под центр расточено с эксцентриситетом относительно наружного диаметра пиноли. При включении электродвигателя М5 возможна подача заготовки на круг путем поворота пиноли.

Гидросистема обеспечивает продольное возвратно-поступательное перемещение стола с десятью фиксированными скоростями, продольное перемещение измерительной скобы, развод губок измерительной скобы, подвод и отвод щупа механизма осевой ориентации, ввод и вывод измерительных приборов, отвод пиноли задней бабки, управление прибором правки шлифовального круга, перемещение шпинделя шлифовальной бабки для подторцовки, устранение зазора в механизме быстрого подвода шлифовальной бабки, отключение механизма ручного перемещения стола, смазывание подшипников шпинделей бабки и направляющих стола.