SU1742040A1 - Способ бесцентрового шлифовани шариков - Google Patents

Abstract

Использование: в машиностроении, в подшипниковой промышленности дл  обработки шариков, в том числе пустотелых, имеющих тонкостенную конструкцию. Сущность: обрабатываемый шарик 4 размещают на опорном ноже 3 между периферийными поверхност ми кругов 1 и 2. Круги 1 и 2 вращают в одном направлении вокруг их геометрических осей, при этом шарику 4 задают вращение от ведущего круга 2 и подачу на врезание. Вектор силы резани  направл ют эксцентрично обрабатываемой сфере. Создаетс  крут щий момент М«,вра- щающий шарик в плоскости, не совпадающей о плокостью основного вращени . В процессе обработки положение оси вращени  шарика измен етс  множество раз и в неограниченном диапазоне углов. Одновременно может обрабатыватьс  группа шариков в зависимости от модели станка, на котором реализуетс  способ. 5 ил. i с Ё 2 к §

Description

Фиг.1

Изобретение относитс  к машиностроению , и может быть использовано в подшипниковой промышленности дл  обработки шариков, в том числе пустотелых, имеющих тонкостенную конструкцию.

На фиг.1 изображена схема бесцентрового шлифовани  шариков, фронтальна  проекци ; на фиг,2 - то же. вид в плане; на фиг.3-5 - различные варианты схем реализации способа.

На фигурах обозначены: шлифовальный Kpyi 1, ведущий круг 2, опорный нож 3, обрабатываемый шарик 4, стру  свободного абразива 5 и сопло 6.

На периферийной поверхности шлифовального круга 1 выполнена радиусна  кольцева  канавка с радиусом R и глубиной L. На периферийной поверхности ведущего круга 2 выполнена призматическа  канавка с углом при вершине iff +1/Ј. Опорный нож 3 имеет скос в сторону ведущего круга 2.

Способ реализуетс  следующим образом .

Обрабатываемый шарик 4 размещают на ноже 3 между периферийными поверхност ми кругов 1 и 2. Круги 1 и 2 вращают в одном направлении вокруг их геометрических осей, при этом шарику 4 задают враще- ние от ведущего круга 2 и подачу на врезание. Ввиду того, что шарик 4 в сечении имеет погрешности формы, снимаемый припуск всегда будет несимметричным относительно оси OY. Поэтому точка приложени  радиальной составл ющей силы резани  Ру будет смещена относительно оси OY на некоторую величину а. Если предположить, что сила Ру приложена в центре т жести сечени  ckd (точка Ц), а она  вл етс  равнодействующей распределенной нагрузки Ру (поэтому такое предположение не противоречиво ), то координаты точки приложени  Ру можно определить следующим образом:

J

/xy (x)dx

a

(1)

1/2/y2(x)d

b -

(2)

2/xy(x)dx

(3)

JV(x)dx

где р - центральный угол, характеризующий положение точки приложени  вектора 10 силы резани  Ру;

с -d R27(R-L)2- пределы интегрировани ;

R - радиус кольцевой канавки шлифовального круга;

L - глубина кольцевой канавки шлифовального круга.

По правилам теоретической механики силу Ру можно перенести в центр масс тела (точка О), приложив равную ей и противоположную по направлению силу. В результате этих построений становитс   сно, что в случае несимметричного припуска на шарик в сечении OXY действуют два силовых факто- ра: сила Ру, приложенна  в центре масс, и пара сил, создающа  крут щий момент величиной

30

а

(4)

Определим величины реакций ведущего круга NI и N2 из услови  равновеси  шарика под действием приложенных к нему силовых факторов

sin 1/5 + N2 sin Vi-Py 0; (5)

+ Py cost/s

(6)

40

(VS+Vi)0

отсюда

N2

MKp + Ру COS Vfc

sin(Vi+V)

(7)

Произведем преобразование

Pv

N2

a Py + cos $ sin(Vfc+VO

где S - площадь фигуры ckd.

Так как амплитуда неровностей на поверхности шарика весьма мала по сравнению с радиусом шарика, можно предположить, что центр т жести сечени  ckd лежит на образующей окружности.

Тогда

Py Sin p + Py COS №

f sin()

p siny + cosi/g y sin (ipi +V 1 )

(8)

м . Ру - № sin Vi N1sin #2

on,/ SintfJ + COS#2

py-pySinv iss;; +/)

sin $2 p sin ( + Vu)-(slny 4-cos te)

|-.. V77 / .. /. i v/ л

sint/S sin ( + #2)

(9)

Так как нар ду с силой Ру, приложенной к центре масс шарика, на него действует момент МКр, шарик стремитс  провернутьс  в направлении действи  этого момента. Этому преп тствуют силы трени  Fi. F2 и F, возникающие в точках контакта шарика с ведущим и шлифовальным кругами.

Получим условие проворота шарика по часовой стрелке из услови  равновеси  его под действием активных моментов и моментов от сил трени .

2MPy sinp-F i

(Ю)

Ру f COS)-Nlfl-N2f2 0 (11) 30

Ру Sin p - Ру f COS #Э - Ру f 1

sin ( +#s )-(sln# + cosЙ2 )sln Vi sin (Vi +V)

Puf ilaf±cosj 0

Pyf2sin(Vi+) ° После преобразовани  получим sin ip ( sin V5 sin 4- f i sin i -f2 Sin V& ) - f COS p Sin Й Sin -fi sin tp 4- fi cos j sin Vi +

4- f2 COS t#Z Sin 0

(12)

(

Выражение (13) описывает предельноеТаким образом, суммарный момент тресосто ние шарика, когда он еще находитс ни  при провороте шарика против часовой

в равновесии при .стрелки больше, чем при провороте его в

противоположную сторону на величину, опРассмотрим теперь случай, когда вы-5Ь редел емую выражением(20). На основании пухлый участок профил  шарика набегает на шлифовальный круг слева от оси OY, и получим условие проворота шарика против

часовой стрелки.МТрЦ Мкр MTpi i (20)

этого можно сделать следующий вывод. Если обеспечить услови , при которых

Использу  ту же методику, определим величины реакций опор

м Р (cosVs-slnff) N1 Куsin V sin #2

(14)

cMuvlnf 15)

Аналогично (13) получим условие предельного состо ни  шарика при

sin p( sin V - fi in -ф + f2 sin ifa )- f cos tyi - f 1 Sin V + fi COS $2 Sin fa cos 5 sin $2 0

Запишем выражение дл  суммарного момента трени  при проврроте шарика по часовой стрелке и против

1ИТР11 Ру f cos (р + Ру fi

sin - ( sin p + cos u ) sin

Sin 2 Sin

, n dш , sin « + cosV2 + My -к- Т2г„. ;/.

sln V

Мтр42 РУ f COS p + Ру f Sin V - ( COS 1/J2 - Sin y ) Sin ffi . f1 д.

sin slnVil J

, D dm f COS VS - Sin tp + Py - f2 s|n

Определим разность между (17) и (18)

45

50

ДМгр{ Ру

2 sin #) (t2 - f i VE ) fsin ifa sin V

(19)

редел емую выражением(20). На основании

этого можно сделать следующий вывод. Если обеспечить услови , при которых

то шарик будет проворачиватьс  по часовой стрелке и не будет проворачиватьс  против часовой стрелки в плоскости XOY, т.е. при этом условии будет обеспечена развертка сферы.

Если же

Мкр Мтр12 Мтр41,(21)

то проворот шарика возможен как по часовой стрелке, так и против. Но при этом амплитуда проворота шарика в одну сторону будет больше амплитуды проворота его в противоположную (в зависимости от соотношени  величины углов ipi и ifo.

Каждому конкретному состо нию -технологической системы должно соответствовать некоторое соотношение (обозначим его G) значений ее параметров, при котором система находитс  в критическом состо нии .

Как уже говорилось, уравнение (13) описывает предельное состо ние шарика, когда он еще находитс  в равновесии, т.е. находитс  в состо нии, предшествующем началу его разворота в зоне обработки,

Преобразовав его, получим

с tg(p fsmlfas nlp+fl (smlp-coslfa) + /2 cos ifo sin ifa sin 2 sin V- +fl -/2 sin 2

(22)

Если при обработке шарика, имеющего конкретные параметры формы, шлифовальным кругом, имеющим определенную форму режущей кромки, значение , то процесс развертывани  сферы не обеспечиваетс . Если tg (p G, то1 процесс развертывани  сферы будет обеспечен.

Это условие  вл етс  необходимым, а в совокупности с условием(21) и достаточным дл  обеспечени  развертывани  сферы.

Способ был реализован на установке, созданной на базе бесцентрового кругло- шлифовального станка мод.ЗШ182. В результате проведенных исследований были установлены оптимальные параметры наладки и режимы обработки.

Было, в частности, установлено, что необходима  точность формы шарика достигаетс  при значени х: R(0,5-0,51)dm, L(0,15-0,2)duu, где бщ - диаметр шарика.

Большое вли ние на формирование сферы обрабатываемого шарика оказывает характеристика шлифовального круга. Увеличение степени твердости шлифовального круга приводит к увеличению погрешности формы, так как снижаетс  способность круга к самозатачиванию. В данных услови х наилучшей способностью к самозатачиванию обладают круги с твердостью от Mi до

СТ Кроме того, в услови х самозатачивани  лучшие результаты достигнуты кругами на вулканитовой св зке. Например, дл  обработки пустотелого шарика 25,4 мм из высокопрочной хромоникелевой стали 07X16Н6 был выбран материал шлифовального круга 14А12СТВЗ.

Величина зернистости шлифовального круга оказывает значительное вли ние на

величину шероховатости обработанной поверхности . С уменьшением величины абразивного зерна величина шероховатости также уменьшаетс .

При правильном выборе шлифовального круга шлифование пустотелых шариков из стали 07Х16Н6, имеющих твердость 14- 16 ННСэ, достигаетс  шероховатостью Rz 10-11 мкм, что  вл етс  достаточным дл  достижени  окончательной шероховатости

на последующей операции суперфинишировани .

Угол скоса опорного ножа 3 выбирают следующим образом.

Установлено, что с увеличением угла

скоса растет величина реакций ножа 3 и ведущего круга 2. Возрастание реакции ведущего круга приводит к увеличению сцеп- л емости шарика с ведущим кругом, возрастание же реакции опорного ножа

приводит к увеличению момента его отжима и даже к заклиниванию шарика. Поэтому величину круга скоса ножа свыше 20° брать нецелесообразно. Наиболее оптимальна  величина угла скоса 5-15° при превышении

центра шарика над ос ми кругов 2-4 мм.

Величину сцепл емости шарика 4 с ведущим кругом 2 можно повысить, уменьша  угол профил  канавки ведущего круга. Однако чрезмерное его уменьшение (менее

70°) может привести к заклиниванию шарика . Нар ду с этим, дл  увеличени  угловой скорости вращени  шарика в зоне резани  необходимо увеличивать угол t/. При этом наибольша  скорость вращени  достигаетс  при . Однако при больших углах тр снижаетс  устойчивость шарика, по вл ютс  биени  его на опоре, что приводит к понижению точности обрабатываемой сферы . Таким образом, целесообразно брать

пределах72-150°. Экспериментально установлено, что оптимальное значение угла 120°.

Кроме того, на перераспределение на- грузок в зоне обработки вли ет соотношение углов ty и $2, т. е. симметричность профил  канавки ведущего круга 2. С точки зрени  сохранени  расчетного положени  шарика при обработке следует выбирать

профиль канавки ведущего круга близким к симметричному, т.е. t .

Также экспериментально установлено, что рациональной частотой вращени  ведущего круга 2, при которой обеспечиваетс  равномерное вращение шарика в зоне резани  и высока  производительность обработки ,  вл етс  частота об/мин.

Направление вектора силы резани  эксцентрично обрабатываемой сфере позвол ет обеспечить услови  дл  создани  крут щего момента МКр, вращающего шарик в плоскости, не совпадающей с плоскостью основного вращени .

В процессе обработки положение оси вращени  шарика измен етс  множество раз и в неограниченном диапазоне углов, что позвол ет обеспечить полную развертку сферы за одну загрузку. Это достигаетс  за счет того, что на участках поверхности шарика , имеющих наибольшие отклонени  формы, больше упругий нат г и сила резани , а также больше крут щий момент, следовательно , в этом месте процесс сн ти  припуска проходит интенсивнее.

Участки поверхности с наибольшим припуском поступают под режущую кромку шлифовального круга в виде криволинейного клина, угол при вершине которого меньше угла трени , что приводит к еще большему увеличению нат га и интенсификации процесса зат гивани  новых участков поверхности шарика в зону резани , т.е. активизируетс  процесс развертывани  сферы.

Предлагаемый способ может быть реализован по различным схемам, с различными значени ми параметров рабочей зоны. Например, на фиг.З вектор силы резани  Ру, представл ющий собой равнодействующую

сил РУ1 и Ру2, направлен эксцентрично сфере 4 за счет удалени  части абразивного материала с периферийной поверхности шлифующего круга 1.

За счет того, что на этой поверхности

прорезана канавка, расположенна  ниже плоскости симметрии А А, результирующий вектор Ру смещен относительно нее на величину а (эксцентриситет) и создает крут  щий момент а, вызывающий формообразующее вращение заготовки 4 в плоскости АОХ.

Такого же эффекта можно достичь, если использовать составной шлифующий круг 1

(фиг.4).

В этом случае смещение результирующего вектора силы резани  Ру будет возникать , если составные части шлифующего круга 1 будут выбраны с разной характеристикой хот  бы по одному из параметров: зернистость, твердость, вид св зки, вид абразивного материала и т.п. В случае, если составные части выбраны .с одинаковой характеристикой , эффект смещени  Ру будет

достигнут при В Ю.

Claims (1)

1. На фиг.5 показан-пример реализации предлагаемого способа бесцентрового шлифовани , в котором вместо шлифующего круга 1 используетс  стру  свободного абразива 5, подаваемого через сопло 6. Формула изобретени  Способ бесцентрового шлифовани  шариков , при котором их размещают на опорном ноже между ведущим и шлифовальным

   инструментами и сообщают им относительные перемещени , отличающийс  -тем. что, с целью повышени  точности и производительности обработки, относительные перемещени  шарику и инструментам сообщают из услови  направлени  вектора силы резани  эксцентрично.шарику.

   Фиг.3

   ЕЩ&

   Ж$

   /