Отечественная промышленность выпускает универсальные и специальные суперфинишные станки. К универсальным относятся станки для обработки в центрах, бесцентровые станки и для обработки торцевых поверхностей, а к специальным - станки для суперфиниширования шеек коленчатых и распределительных валов и для обработки желобов колец подшипников.

Большинство современных суперфинишных станков - полуавтоматы: установка и снятие деталей производится в ручную, а цикл обработки - автоматический. Автоматами являются станки для суперфиниширования шеек коленчатых и распределительных валов. При оснащении станков для обработки желобов колец подшипников, а также бесцентровых бункерными или другими устройствами для автоматической загрузки деталей они превращаются в автоматы.

По количеству рабочих позиций суперфинишные станки подразделяются на одно - , двух - и многопозиционные. На рабочих позициях может производится параллельная обработка заготовок, при этом готовые детали сходят с каждой позиции, или последовательно, когда обрабатываемая заготовка перемещается из одной позиции на другую, а готовая деталь получается только на последней позиции. В первом случае обработка, как правило, производится абразивными инструментами с одной и той же характеристиками, во втором - инструментами с различными характеристиками.

Классификация суперфинишных станков по характеру компоновки и движению рабочих органов определяются видами обрабатываемых деталей и способами обработки.

Рис. 5. Схемы суперфиниширования в центрах: а - с продольной подачей; б - врезанием; в - врезанием при обработке конической поверхности.

Центровые суперфинишные станки предназначены главным образом для обработки наружных цилиндрических поверхностей деталей, установленных в центрах. Различают станки с одной инструментальной головкой и с несколькими (до четырех) головками. Первые используются для обработки цилиндрических и конических поверхностей как с продольной подачей, так и врезанием (рис.5). Это отечественные станки-полуавтоматы ЗД870Б, ЗД871Б и ЗД871БК. На станках с несколькими инструментальными головками можно одновременно обрабатывать несколько поверхностей различных диаметров. Так, на станке мод. ЗД871 с четырьмя инструментальными головками одновременно обрабатывают до четырех шеек вала.

Технические характеристики центровых суперфинишных станков, которые широко применяются в промышленности, приведены в табл.3.

На указанных выше моделях станков заготовка устанавливается в центрах или в патроне и приводится во вращение. Абразивный брусок с определенным усилием прижимается к обрабатываемой поверхности и, совершая осциллирующее и возвратно-поступательное движения вдоль оси заготовки (если обработка ведется с продольной подачей), осуществляет резание металла. Короткие и конические заготовки обрабатываются врезанием.

Таблица 3. Техническая характеристика центровых суперфинишных станков

Процесс суперфиниширования осуществляется ступенчато: на черновом режиме снимается припуск - определенный слой металла, а на чистовом - достигается требуемая шероховатость поверхности. Переход с чернового режима на чистовой и окончание цикла обработки происходят автоматически. Время полной обработки устанавливается по величине съема припуска и контролируется по реле времени или по прибору активного контроля.

Переход на чистовой режим осуществляется за счет увеличения скорости вращения заготовки. В выпускаемых моделях станков привод вращения имеет два исполнения. Для станков, используемых в условиях единичного и мелкосерийного производства, когда требуется частое изменение режимов обработки, применен привод с бесступенчатым изменением скоростей. Установка частот вращения заготовки на черновом режиме осуществляется тиристорным электроприводом типа ЭТ 0 - 16, а переход на чистовой происходит автоматически с увеличением частоты вращения заготовки с помощью коробки скоростей.

На станках, предназначенных для крупносерийного и массового производства, изменение скоростей осуществляется также с помощью коробки скоростей.

В конструктивном отношении приведенные модели станков выполнены по одной принципиальной схеме, поэтому подробнее рассмотрим только некоторые из них.

Суперфинишный станок модели ЗД871Б (рис.6) предназначен для обработки в центрах или патроне цилиндрических и конических поверхностей вращения диаметром до 280 мм и длиной до 710 мм. Основой станка является сварная станина 1, на которой расположены бабка 2 с пультом управления 3. задняя бабка 11, суперфинишная головка 8, перемещающаяся по направляющим станины, и насосная станция 4. Привод шпинделя бабки изделия, состоящий из тиристорного электропривода ЭТ 02 - 16 и коробки скоростей, расположен в левой части станины. На передней ее стенке размещены рукоятки 14, 15 и 16 включения осцилляции бруска, его прижима к обрабатываемой заготовке и продольного перемещения вдоль оси детали. Там же находятся два реле времени: 13 - для установки времени обработки на черновом режиме и 12 - на чистовом.

В прямоугольных направляющих суперфинишной головки 8 установлена подвижная траверса, на которой закреплен механизм осциллирования 10 с инструментальной головкой 5 и противовесом 9. Усилие прижима абразивного бруска к детали осуществляется рукоятками б и 7 по манометрам.

На станине может устанавливаться измерительная скоба для активного контроля получаемого размера. Для этого в станке предусмотрено отсчетно-командное устройство.

Смазка всех механизмов, а также направляющих суперфинишной головки производится централизованно от системы смазки станка. Осциллирование бруска осуществляется от отдельного электродвигателя, а прижим и продольное перемещение его - с помощью гидропривода. Для предварительной очистки смазочно-охлаждающих средств служит магнитный сепаратор, а для окончательной - гидроциклон.

Бесцентровые станки предназначены для суперфиниширования деталей тел вращения диаметром от 3 до 125 мм. Обрабатываются цилиндрические, конические и бочкообразные поверхности.

Различают станки для обработки на проход и врезанием. Первым способом осуществляют суперфиниширование на станках мод. ЗД878, ЗД879 и ЗД880. Они непрерывного действия с продольной подачей детали относительно осциллирующих брусков. Это наиболее производительный способ обработки.

Рис. 6. Суперфинишный полуавтомат мод. ЗД871Б.

Кинематические и гидравлические схемы этих станков идентичны, основные узлы унифицированы. Оригинальными в каждой модели являются подающие валковые устройства и детали наладки: лотки загрузки и разгрузки, инструментальные державки. Станки различаются по мощности привода валков и количеству инструментальных головок. Подающие валковые устройства обеспечивают перемещение деталей в зоне обработки.

Вторым способом производят суперфиниширование на станках позиционного типа (мод. ЗД879Б). Обработка осуществляется либо на одной позиции, либо на нескольких с периодической перекладкой детали специальным устройством. При этом в моменты загрузки, перекладки и выгрузки детален бруски отводятся от обрабатываемой поверхности. Таким способом обрабатывают детали сложной конфигурации, имеющие уступы, буртики и т.п.

Рис. 7. Бесцентровый суперфинишный полуавтомат мод. ЗД879.

Рассмотрим некоторые модели станков. Бесцентровый суперфинишный станок мод. ЗД879 (рис.7) предназначен для обработки на проход цилиндрических поверхностей деталей диаметром 8 - 60 мм. Станок состоит из сварной станины 1, в левом отсеке которой размещен привод валков, а в правом - система охлаждения суперфинишной головки 5, подающего валкового устройства 3, электрошкафа 4 и пульта 2 с кнопками управления. На подвижных каретках механизма осциллирования 6 установлено шесть инструментальных головок 9. Осциллирование. брусков осуществляется от отдельного электродвигателя, а их прижим к обрабатываемой поверхности - с помощью пневмопривода. Регулирование силы прижима каждой головки производится по манометру 7 индивидуально с помощью рукоятки 8. Охлаждающая жидкость подается по трубке 11 с рядом радиальных отверстий, через которые жидкость под напором поступает в зону обработки. Расход жидкости регулируется краном 10.

Бесцентровый станок мод. ЗД879Б предназначен для суперфиниширования деталей типа клапанов, толкателей и других с буртиками методом врезания. Станки этой модели выпускаются налаженными на обработку конкретной детали или группы однотипных. Деталь при обработке имеет только вращательное движение, сообщаемое ей от двух горизонтально установленных валков, форма рабочей поверхности которых соответствует форме заготовок.

Станок имеет четыре рабочие позиции, что позволяет производить одновременное суперфиниширование до четырех деталей. Каждая деталь обрабатывается одним бруском, которому кроме осциллирующего движения (от электродвигателя) сообщается медленное продольное перемещение вдоль оси обрабатываемой поверхности (от гидропривода). Загрузка и выгрузка деталей может быть ручной или автоматической с помощью лотков и транспортеров. При переналадке станка для суперфиниширования деталей других типов устанавливают новые валки с рабочей поверхностью, соответствующей форме обрабатываемых деталей. Подача охлаждающей жидкости в зону обработки осуществляется по трубке. Расход ее регулируется краном. Торцесуперфинишные станки предназначены для обработки торцевых поверхностей толкателей клапанов, поршневых колец, тормозных дисков, зубчатых колес и т.д. Суперфиниширование сферы осуществляют чашечным кругом, развернутым на небольшой угол (2 - 3°), плоские поверхности - брусками либо вращающимися кругами, которым сообщается также колебательное движение.

Рис. 8. Головка для суперфиниширования плоских поверхностей.

Станки выпускаются однопозиционными и двухпозиционными. Первые предназначены для обработки плоских поверхностей торцем чашечного круга. Цикл работы у них - полуавтоматический. Шпиндель изделия имеет две скорости вращения. Обработка производится по реле времени.

Двухпозиционные станки имеют два независимых шпинделя изделия, привод которых осуществляется от гидродвигателей, обеспечивающих бесступенчатое регулирование чисел оборотов детали.

Рассмотрим двухпозиционный станок отечественного производства мод.3888В.

Станок состоит из сварной станины коробчатой формы, на которой установлена стойка и два шпинделя изделия, оснащенных магнитными патронами. Детали могут обрабатываться осциллирующими брусками либо вращающимися и осциллирующими чашечными кругами, для чего в каждой позиции могут устанавливаться две соответствующие сменные инструментальные головки. Электрооборудование станка размещено в шкафу, который закреплен на задней стенке корпуса стойки. Внутри станины размещена станция охлаждения.

Схема работы головки торцесуперфинишного станка для обработки плоских поверхностей приведена на рис.8. Шпиндель 1, оснащенный брусками 2, осуществляет вращательное движение, а бруски - колебательное движение А и возвратно-поступательное Б. Стол 3, на котором установлена деталь, осуществляет вращательное и колебательное движения В.

Для обработки шеек коленчатых и распределительных валов Саратовский станкостроительный завод выпускает суперфинишный автомат мод. ЗА875 в различных модификациях. В конструктивном отношении все станки выполнены по единой принципиальной схеме. Спецификой является то, что станки выпускаются налаженными на обработку конкретного вала с определенными параметрами. Количество инструментальных головок, устанавливаемых на станках, соответствует количеству обрабатываемых шеек.

Суперфинишный автомат мод. ЗА875 предназначен для одновременной обработки коренных и шатунных шеек коленчатых валов длиной до 1000 мм и выполнен с наладкой на обработку коленчатого вала автомобиля ЗИЛ.

При обработке коленчатый вал устанавливают в центрах. Абразивные бруски, закрепленные в инструментальных головках, охватывая шейки вала, прижимаются к ним с необходимым усилием. Вал имеет вращательное и одновременно осциллирующее (с величиной хода 3 мм) движения. Инструментальные головки подвешены с помощью шарниров и уравновешены пружинами. При вращении вала головки, охватывающие коренные шейки, остаются неподвижными, а охватывающие шатунные шейки "следят" за их перемещением.

Загрузка, обработка на черновом и чистовом режимах, выгрузка коленчатых валов происходят автоматически.

Суперфинишные головки и приспособления.

В единичном и мелкосерийном производстве при отсутствии специального оборудования процесс суперфиниширования осуществляют на универсальных станках - токарных, расточных, шлифовальных и др. - с помощью суперфинишных головок и приспособлений, которые обеспечивают брускам колебательное движение и их прижим к детали. На токарных станках суперфинишные головки устанавливаются в резцедержателе или на суппорте, а на шлифовальных - вместо бабки шлифовального круга.

По характеру привода осциллирования головки бывают электромеханические, пневматические и гидравлические.

Усилие прижима абразивных брусков может осуществляться тарированной пружиной либо с помощью пневмо- или гидроцилиндра.

Рис.9. Суперфинишная головка СФГ-100М.

Электромеханические головки. Движение осциллирования в электромеханических головках обеспечивается электродвигателем через эксцентриковый вал либо через кривошипно-шатунный механизм. Изменение частоты осциллирования бруска достигается за счет изменения частоты вращения электродвигателя либо сменой шкивов клиноременной передачи:

Для изменения величины хода бруска используют эксцентриковые валики с различной величиной эксцентриситета.

Электромеханическая суперфинишная головка СФГ-100М (рис.9) состоит из следующих основных узлов: корпуса 3, в котором расположен механизм осциллирования инструментальной головки 4, узла крепления головки 1 на суппорте токарного станка и электродвигателя. Привод механизма осциллирования осуществляется от электродвигателя 2. Прижим брусков к детали - пружинный. В комплекте имеются три пружины, обеспечивающие усилие прижима до 1000 Н (100 кгс).

Головка СФГ-100М предназначена для суперфиниширования цилиндрических и конических поверхностей диаметром 5 - 100 мм. Головка имеет две инструментальные головки, максимальное расстояние между их осями 126 мм. Частота осциллирования - 1400 дв. ход. /мин, ход бруска - 3 мм.

Рис. 10. Инструментальная головка.

Основным узлом суперфинишной головки является инструментальная головка (рис.10), которая представляет собой цилиндрическую скалку 2 с закрепленной на ней державкой 1 абразивных брусков. За счет сжатия пружины 3 создается прижим брусков к обрабатываемой поверхности. Силу прижима контролируют по шкале 7 указателем 6. Механизм головки смонтирован в корпусе 4, который по направляющим 5 совершает колебательное движение, сообщаемое механизмом осциллирования.

Суперфиниширование с наложением ультразвуковых колебаний

Одним из способов интенсификации процесса суперфиниширования является наложений на брусок ультразвуковых колебаний. Устройство, обеспечивающее этот метод обработки, приведено на рис.3 и представляет собой акустический узел, состоящий из магнитостриктора 4 и концентратора 5, который преобразует электрические колебания ультразвукового генератора в механические. Узел крепится к доводочной головке 3. Брусок, приклеенный к оправке 2, крепится к концентратору 5, который сообщает ему ультразвуковые колебания.

Использование ультразвука создает более благоприятные условия для срезания и дробления стружки, удаления отходов из зоны резания, способствует улучшению условий самозатачивания бруска и устранению налипов на его рабочей поверхности. Указанное явление хорошо иллюстрируется на примере изучения сил резания при суперфинишировании. Как видно из рис.4, наложение на брусок ультразвуковых колебаний при одинаковых условиях обработки (v - 120 м/мин, Т_бр - 7 Гц, брусок 63СМ10) снижает удельную тангенциальную составляющую силы резания в 1,3 - 2 раза.

Рис. 3. Устройство для обработки дорожки качения кольца шарикоподшипника с наложением на брусок ультразвуковых колебании

Увеличение амплитуды ультразвуковых колебаний способствует снижению нагрузки на режущие кромки бруска. Так, для случая суперфиниширования с постоянной интенсивностью съема металла, равной 0,8 мм/с, имеют место следующие соотношения между амплитудой ультразвуковых колебаний и удельной тангенциальной составляющей силы резания Р_z при О_уз - 2 мкм Р_z=42,5 Н/см²; при О_уз - 3 мкм Р_z - 25,7 Н/см²; при О_уз - 4 мкм Р_z - 23,1 Н/см²

Рис 4. Зависимость удельной тангенциальной составляющей силы резания Р, от давления бруска р.: 1 - суперфиниширование по обычной схеме, 2 - суперфиниширование с ультразвуковыми колебаниями.

Тот факт, что наложение на брусок ультразвуковых колебаний облегчает условия резания и улучшает самозатачивание бруска, указывает на целесообразность использования этого метода обработки при суперфинишировании деталей из труднообрабатываемых материалов, имеющих низкую твердость и высокую пластичность (цветные, титановые, жаропрочные сплавы, коррозионно-стойкие стали и др.). Основной проблемой при суперфинишировании этих материалов по обычной схеме является образование налипов металла на режущей поверхности бруска, которые приводят к ухудшению качества обрабатываемой поверхности.

Таким образом, суперфиниширование с наложением н абразивный инструмент дополнительных колебаний с ультразвуковой частотой является эффективным направлением стабилизации и интенсификации данного процесса, а также повышения качества поверхностей труднообрабатываемых материалов.

Об этом свидетельствует и ультразвуковое суперфиниширование желобов внутреннего кольца подшипника № 308 брусками из зеленого карбида кремния 6ЗС зернистостью М7. Режим обработки: скорость резания на 1-й ступени 300, а на 2-й - 390 м/мин; частота осциллирования брусков - 600 дв. ход. /мин; давление бруска на 1-й ступени - 1,2 Мпа (12кгс/см²) и на 2-й - 0,9 Мпа (9 кгс/см²); машинное время обработки на 1-й ступени - 8с, а на 2-й - 4с.

При этом обеспечивается съем метала 15 - 16 мкм на диаметр и шероховатость поверхности Ra - 0,05 мкм при исходной шероховатости Ra - 0,4 мкм.

суперфиниширование брусок размер поверхность

Заключение