7)Затраты по содержанию станочного оборудования, приходящегося на единицу обработанной продукции

З_об=C_oб/N (2.58)

где С_об -затраты на содержание станочного оборудования.

З_об=3000/5000=0,6руб

Затраты на содержание станочного оборудования зависят от его сложности и времени работы. В сумму этих расходов включают затраты на материал (смазочные, обтирочные, охлаждающие жидкости, ремни и т.п.), необходимый при эксплуатации оборудования, и заработную плату рабочих.

8)Затраты на текущий ремонт оборудования в среднем достигают 10 %, а по отдельным видам оборудования 30-40% его балансовой стоимости.

Р_о =10% 2150000/N=430000/5000=43руб (2.59)

С_оп=З_оп+Э_с+З_и.р+З_пр+А_ст+З_об+Р_о=0,52+0,13+10,17+0,6+4,3+0,6+43

=59,32 руб

Операция 075 - токарная с ЧПУ (базовый ТП)

Технологическая себестоимость обработки заготовки складывается из следующих затрат:

стоимости материалов заготовки;

основной и дополнительной заработной платы производственных рабочих с начислением по соцстраху;

затрат на силовую электроэнергию;

затрат на инструмент и приспособления;

амортизационных отчислений от балансовой стоимости оборудования;

затрат по содержанию технологического оборудования;

затрат на текущий ремонт технологического оборудования.

Расчет себестоимости операции при выборе варианта обработки может быть осуществлен методом прямого распределения затрат (методом калькулирования) или нормативным методом.

Затраты по всем статьям технологической себестоимости обработки заготовки на операцию определяют прямым калькулированием:

С_оп=З_оп+Э_с+З_и.р+З_пр+А_ст+З_об+Р_о,

где 3_оп - заработная плата рабочего за выполнение одной операции, руб.; Э_с- затраты на электроэнергию, руб..; 3_и.р - затраты на режущий инструмент, руб.; З_пр - затраты на станочные приспособления, руб.; А_ст - амортизационные отчисления от балансовой стоимости оборудования, руб.; З_с.о ^- затраты по содержанию оборудования, руб.; Р_о - затраты на текущий ремонт оборудования, руб.^.

Стоимость материалов и полуфабрикатов учитывают при сравнительной оценке эффективности технологической операции, где предусматриваются разные нормы расхода материалов или разные методы получения заготовки (в нашем случае не учитывается).

1)Заработную плату станочникам определяют по трудоемкости обработки на одной операции:

где Т_з - тарифная ставка заработной платы соответствующего разряда работы, коп.

2)Затраты на силовую электроэнергию включают расходы, связанные с эксплуатацией станка. Величина этих затрат, отнесенная к обработке одной заготовки на данной операции:

где n_ст - установленная мощность электродвигателей станка, кВт; _м - коэффициент загрузки электродвигателей станка по мощности (в зависимости от режима резания металла _м = 0,5-0,9); Т_о - основное (технологическое) время на данную операцию, мин; _с - коэффициент, учитывающий потери в сети, _с = 0,96; _ст - коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателей, _cт= 0,90-0,95); С_э - цена 1 кВт ч электроэнергии, руб.

3)Затраты по эксплуатации измерительных инструментов обычно малы, поэтому при расчетах их можно не учитывать.

4)Затраты на металлорежущие инструменты, отнесенные к операции,

где С_и - первоначальная стоимость инструментов, руб; С_п - затраты на повторную заточку до полного износа режущих инструментов, руб; Т_э - общее время эксплуатации режущих инструментов, мин; Т_ш - штучное время на операцию, мин.

Затраты на повторную заточку режущего инструмента

С_п=П_иТ_затЗ_зат/10

где П_и - число повторных заточек до полного износа режущих инструментов; Т_зат - нормированное время на одну заточку в мин; З_зат - заработная плата заточника за одну минуту с начислениями по соцстраху, руб.

Стоимость универсального режущего инструмента принимают по прейскуранту оптовых цен, а специальных режущих инструментов - по плановой цене предприятия-изготовителя.

Затраты на повторную заточку режущих инструментов составляют примерно 30 % его отпускной стоимости. Затраты на режущий инструмент можно определить за единицу его работы.

5)Затраты на приспособления и специальную оснастку металлорежущих станков

где С_о - общая стоимость приспособления или оснастки по фактической или плановой оценке, руб.; К_зат - коэффициент увеличения стоимости за счет затрат на текущий ремонт станочных приспособлений; Ф_о - фонд времени оборудования, станко-минуты. Стоимость оснастки погашается обычно в течение 2 лет (Ф_о = 429 000 мин). При выполнении курсовых проектов можно пользоваться формулой для расчета затрат на повторную заточку режущего. Стоимость работы приспособления за единицу времени можно определить по табл. 3.43, с. 102 [11].

С_п=30% от общей стоимости приспособления

6)Затраты на амортизационные отчисления на единицу изделия

А_ст=(С_бН_отч)/100N

где C_б - первоначальная стоимость оборудования, руб.; Н_отч - норма амортизационных отчислений, %. Цену станочного оборудования принимают по прейскуранту оптовых цен.

7)Затраты по содержанию станочного оборудования, приходящегося на единицу обработанной продукции

З_с.о.=C_oб/N

где С_об -затраты на содержание станочного оборудования.

З_об.=3000/5000=0,6руб

Затраты на содержание станочного оборудования зависят от его сложности и времени работы. В сумму этих расходов включают затраты на материал (смазочные, обтирочные, охлаждающие жидкости, ремни и т.п.), необходимый при эксплуатации оборудования, и заработную плату рабочих.

8)Затраты на текущий ремонт оборудования в среднем достигают 10 %, а по отдельным видам оборудования 30-40% его балансовой стоимости.

Р_о=20% 3000000=600000/5000=120руб

С_оп=З_оп+Э_с+З_и.р+З_пр+А_ст+З_об+Р_о =3,5+0,21+101,1+21,5+6+0,6+120=232,91 руб

Таким образом при замене станка применяемого на предприятии на 16К20 СФ3, годовой экономический эффект определим по формуле:

Э=(Соп2- Соп1)ЧN (2.60)

Э=(232,91-59,32)Ч5000=867950 руб.

3. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Описание конструкции и принципа работы приспособления для сверления отверстий

Приспособление предназначено для обработки корпусных деталей.

Корпус приспособления сделан цельным, внутрь которого заливают гидропластмассу.

Обрабатываемую заготовку устанавливают на сменные плиты 24 (2 шт), которые в свою очередь прикрепляются винтами 1 (4 шт) к корпусу приспособления.

Заготовка в приспособлении зажимается прихватами при появлении давления в приспособлении, благодаря пневмокамере 25, далее через рычаг 15 и нажимной плунжер 19 зажимное усилие передается гидропластмассе 26, которая в свою очередь начинает давить на три пары плунжеров (по числу прихватов), плунжеры действуют на прихваты 12 и 13, которые в свою очередь начинают отклоняться и зажимать заготовку. Чтобы вернуть прихваты в исходное положение необходимо раскрепить пружину 16, которая сидит на винтах 4 (2 шт).

Каждый прихват крепится к кронштейну 18 при помощи оси 7. Так же на кронштейн 17 сажается и рычаг 15 при помощи оси 6. Каждый кронштейн крепится винтами 1 (6 шт) к плитам 24.

Плунжеры движутся внутри втулок 19 и 20, это сделано для того, чтобы предотвратить износ нажимных плунжеров.

Приспособление оснащено пальцем 23 и шпонкой для установки на стол станка.



Рисунок 19 - Приспособление для сверления

3.2 Расчет точности обработки заготовок в приспособлении

Расчет точности обработки будем проводить для размера 36,5, определяющего положение отверстия 9,5 относительно торца детали.

Точность данного размера будет зависеть от погрешностей, возникающих при установке в приспособление.

Погрешность установки заготовки складывается из следующих составляющих:

(3.1)

Погрешность базирования Е_Б будет равна допуску на размер 46_{-1 .}

Допуск на размер 46_-1 равен -250 мкм (приложение 1 «Чертеж детали»).

Погрешность закрепления Е_З также равна нулю, так как сила закрепления W направлена перпендикулярно данному размеру (рис.2).

Погрешность приспособления определяется по формуле:

(3.2)

Погрешность, связанную с неточностью расположения приспособления на станке Е_С компенсируем настройкой станка, т. е. настраиваем инструмент относительно приспособления на необходимый размер. Тогда Е_С=0

Погрешность, связанная с износом установочных элементов приспособления Е_И также будет равна нулю. Это связано с тем, что износ поверхностей прижимов не будет влиять на точность выполнения данного размера, так как направление износа перпендикулярно размеру.

Погрешность расположения установочных элементов приспособления Е_УС будет равна 0, т.к. приспособление одноместное.

Следовательно, в нашем случае погрешность данного размера, возникающая при установке заготовки:

Эта величина погрешности удовлетворяет конструкторским требованиям, так как не превышает допуск на данный размер 36,5 мм.

3.3 Расчет потребных сил и моментов закрепления заготовки в приспособлении

Расчет сил зажима будем вести не по традиционному определению силы резания, а исходя из того, какие усилия необходимо приложить, чтобы заготовка встала на плиту всей плоскостью (рис. 20).

Примем А=0,1

(3.3)

где W-усилие прижимов

l-плечо (200 мм)

(3.4)

(3.5)

I-момент инерции детали

Т.к. заготовки могут приходить разных размеров в пределах допуска, мы увеличим усилие W в 1,5 раза, умножив на коэффициент запаса прочности k, в результате получим W=1305Н.

Для того, чтобы вычислить давление, создаваемое плунжерами, распишем W:

(3.6)

Получаем давление:

МПа (3.7)

Усилие, создаваемое пневмокамерой:

(3.8)

K - передаточное отношение рычага (1/6)

В итоге, помножив Q на коэффициент запаса прочности получим Q = 1325Н.

Рисунок 20 - Схема для расчета потребных сил и моментов закрепления заготовки в приспособлении

3.4 Выбор типа привода приспособления и расчет его геометрических размеров

В качестве привода принимаем мембранный пневмодвигатель, т.к. в отличие от гидропривода -- отсутствие необходимости возвращать рабочее тело (воздух) назад к компрессору; простота и экономичность, обусловленные дешевизной рабочего газа; в сравнении с гидроприводом -- способность передавать пневматическую энергию на большие расстояния; в отличие от гидропривода, пневмопривод менее чувствителен к изменению температуры окружающей среды вследствие меньшей зависимости КПД от утечек рабочей среды (рабочего газа), поэтому изменение зазоров между деталями пневмооборудования и вязкости рабочей среды не оказывают серьёзного влияния на рабочие параметры пневмопривода.

Все пневмоцилиндры стандартизированы, для того, чтобы найти подходящий по давлению необходимо рассчитать диаметр мембраны пневмокамеры.

Определяем диаметр мембраны пневмокамеры распишем Q:

(3.9)

(3.10)

- давление системы (0,5МПа)

Округляем до ближайшего стандартного, получаем .[31, стр. 245, табл. IV.14]

Все остальные геометрические размеры для построений берем для пневмокамеры, с диаметром тарелки 40мм.

3.5 Выявление слабого звена приспособления и расчет его геометрических параметров

В качестве слабого звена возьмем винт (поз. 14) и рассчитаем резьбовое соединение на прочность, т. е. проверим условия прочности витков резьбы на срез. Расчет ведем по [33] (стр. 69).

Расчет резьбы на срез

(3.11)

, (3.12)

где Р - шаг резьбы;

D_ср - средний диаметр резьбы.

мм².

.

11,87<125,72 - условие прочности выполняется.

4. Исследование МЕХАНИЗМА ФОРМИРОВАНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДОРОЖЕК КАЧЕНИЯ УПОРНЫХ ПОДШИПНИКОВ ПРИ ЛОБОВОМ ШЛИФОВАНИИ

4.1 Критический обзор научно-технической и патентной литературы по заданной тематике.

4.1.1 Способы шлифования

Различают следующие способы шлифования:

Рисунок 21 - Способы шлифования

Приведем краткую характеристику некоторых из них.

Внутреннее шлифование

Внутреннее шлифование применяют для получения высокой точности отверстий на заготовках, как правило, прошедших термическую обработку. Возможно шлифование сквозных, несквозных (глухих), конических и фасонных отверстий. Диаметр шлифовального круга составляет 0,7 - 0,9 диаметра шлифуемого отверстия. Кругу сообщают высокую частоту вращения: она тем выше, чем меньше диаметр круга.

На рис. 22, а приведена схема шлифования с закреплением заготовки в кулачковом патроне. На внутришлифовальных станках также обрабатывают и внутренние торцовые поверхности. Внутренние фасонные поверхности шлифуют специально заправленным кругом методом врезания.

Рисунок 22 - Схемы обработки на внутришлифовальных станках

Внутренние конические поверхности шлифуют с поворотом передней бабки так, чтобы образующая конуса расположилась вдоль направления продольной подачи.

Планетарное шлифование

Заготовки больших размеров и массы шлифовать описанными выше методами нерационально. В этих случаях применяют планетарное шлифование (рис. 22, б). Заготовку закрепляют на столе станка неподвижно. Шлифовальный круг вращается вокруг своей оси, а также вокруг оси отверстия Sпл, что аналогично круговой подаче (положение круга, совершившего в планетарном движении пол-оборота, показано штриховой линией). Планетарным шлифованием можно обрабатывать внутренние фасонные и торцовые поверхности.

Врезное шлифование

Производительным способом обработки является врезное шлифование (рис. 23, б). Его применяют при обработке жестких заготовок в тех случаях, когда ширина шлифуемого участка меньше ширины шлифовального круга. Круг перемещается с постоянной подачей S_п (в мм/об) до достижения необходимого размера поверхности. Этот же метод используют при шлифовании фасонных поверхностей и кольцевых канавок. Шлифовальный круг заправляют в соответствии с формой поверхности или канавки.

Глубинным шлифованием (рис. 23, в) за один проход снимают слой материала на всю необходимую глубину.

Рисунок 23 - Схемы обработки заготовок на круглошлифовальных станках: а - шлифование с продольной подачей; б - врезное шлифование; в - глубинное шлифование; г - шлифование уступами; д - шлифование коническим кругом

На шлифовальном круге формируют конический участок длиной 8-12 мм. В ходе шлифования конический участок удаляет основную часть срезаемого слоя, а цилиндрический участок зачищает обработанную поверхность. Поперечная подача отсутствует. Конструктивное оформление заготовки должно обеспечивать возможности шлифования данным способом.

Обработка с помощью алмазных головок

Головки представляют собой алмазные круги, напрессованные на цилиндрические хвостовики. Головки изготовляются на органической и металлической связках той же зернистостью, что и круги, и работают от пневматических турбинок со скоростью вращения до 10000 об/мин.

Обработка с наложением постоянного тока

Разновидностью алмазного шлифования является обработка детали с наложением постоянного тока. Шлифование осуществляют в электролите, при этом алмазный круг служит анодом. Анодное растворение связки круга и титана на поверхности круга позволяет поддерживать постоянные режущие свойства круга. Электрохимическое алмазное шлифование, как правило, формирует в поверхностном слое обрабатываемой детали благоприятные сжимающие напряжения.

Обработка методом обкатки и копирования

Обработку деталей с линейным контактом осуществляют методом обкатки. При обработке деталей методом обкатки форма инструмента сопряжена с формой обрабатываемой поверхности детали. Формообразование обрабатываемой поверхности происходит путем обкатки детали по заданной траектории вокруг.

Шлифование методом обкатки, например лопаток компрессора ГТД, производят абразивными кругами (сопряженное шлифование) или широкой абразивной лентой на станках ХШ-185, ХШ-186, MB-885, 381ЗД. При соответствующем подборе ширины ленты одновременно шлифуется вся обрабатываемая поверхность с одной стороны. Этот метод отличается высокой производительностью, и его широко применяют в промышленности при шлифовании деталей небольших размеров. Для лопаток с длиной пера более 120 мм наиболее рациональным является строчечный метод обработки узкой абразивной лентой, позволяющий достигать большой точности. Строчечный метод шлифования применяется в станках 4ШСЛ-7, ЛШ-1, ЛШ1А, ЛШ2. Обработку на них производят продольными строчками, причем направление подачи детали перпендикулярно плоскости перемещения абразивной ленты.

Ленточное шлифование

Основным способом окончательной обработки сложных криволинейных поверхностей деталей из титановых сплавов является ленточное шлифование. К преимуществам применения абразивных лент при формообразовании сложных фасонных поверхностей относится возможность обработки с линейным или поверхностным контактом между инструментом и обрабатываемой поверхностью, что значительно сокращает число формообразующих движений станка.

4.1.2 Фасонное шлифование

Фасонные поверхности - это такие поверхности, форма которых отличается от плоскости, цилиндра или конуса, т. е. простейших поверхностей с прямолинейной производящей. Винтовые поверхности, поверхности зубьев шестерен и шлицев, являющиеся распространенными элементами деталей машин, - также фасонные поверхности.

В технологии машиностроения пока не существует классификации фасонных поверхностей. Однако применительно к технологии механической обработки их можно подразделить на следующие основные виды:

Простые фасонные поверхности с незамкнутым контуром профиля:

а)фасонные поверхности тел вращения; их производящая - незамкнутая кривая линия (профиль), направляющая - окружность; профиль поверхности одинаков во всех продольных сечениях тела, проходящих через ось вращения; эти поверхности могут быть расположены как по периферии, так и на торце детали;

б)фасонные поверхности с незамкнутой направляющей; их прямолинейная или криволинейная производящая перемещается по криволинейной замкнутой направляющей (профилю); при прямолинейной производящей профиль одинаков во всех сечениях тела, перпендикулярных к ней.

2)Простые фасонные поверхности с замкнутой направляющей (поверхности деталей типа эксцентриков). Эти поверхности образованы перемещением прямолинейной производящей по криволинейной замкнутой направляющей (профилю). В этом случае профиль поверхности одинаков во всех сечениях, перпендикулярных к производящей.

3)Сложные фасонные поверхности:

а)сложные фасонные поверхности, образующиеся перемещением криволинейной производящей (профиля) по криволинейной направляющей:

б)сложные фасонные поверхности с переменными (деформирующимися) производящими.

Приведенная классификация охватывает только часть тех фасонных поверхностей, которые подвергаются механической обработке на станках.

На современном этапе развития машиностроения разработано много методов окончательной обработки криволинейных поверхностей вращения деталей, которые отличаются схемой обработки, режимами и видами режущего инструмента. В зависимости от формы и размеров шлифуемой поверхности обработка может осуществляться заправленным (профилированным) кругом (профильное шлифование), по копиру (копирное шлифование), заправленным кругом при наличии соответствующих движений шлифовальной бабки (например, качание по радиусу при обработке сферических поверхностей на сферошлифовальных станках).

На рис. 24 представлена классификация способов фасонного шлифования. подшипник распредвал механический участок

Рисунок 24 - Классификация способов фасонного шлифования

На рисунке 25 представлены некоторые из схем фасонного шлифования, применяемого для обработки деталей.

Рисунок 25 - Шлифование фасонных поверхностей: а - с поперечной подачей; б - профилированием круга по радиусу; в - беговой дорожки шарикоподшипника; г - на бесцентровошлифовальных станках.

Обычно торцовые поверхности шлифуются периферией шлифовального круга дисковой формы (рис 25). Но для обеспечения требуемой точности обработки шлифование этих поверхностей осуществляется кругом небольшого диаметра, что приводит к повышенному его износу и необходимости правки после каждой обработанной детали и к частой замене круга. Это резко снижает производительность обработки.

Рисунок 26 - Традиционная схема шлифования дорожки качения подшипника периферией шлифовального круга дисковой формы

Приведенные способы обработки дорожек качения подшипников малоэффективны, низкопроизводительны и весьма затратны. Поэтому для выполнения технологической операции шлифования дорожек качения подшипников 1118-2902840 был разработан новый способ шлифования (заявка на патент 2012102205). На кафедре «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университета был собран шлифовальный станок, на котором и проводились эксперименты (см. фото на рис. 27).

Рисунок 27 - Модернизированный станок модели ТПК-125М

Шлифование дорожки качения упорного подшипника велось по следующей схеме. Ось вращения кольца упорного подшипника 4 устанавливают под острым углом к направлению подачи шлифовального круга 1, а ось шлифовального круга 1 устанавливают вдоль направления подачи круга. Шлифовальный круг подвергают правке, в результате которой придают его рабочей поверхности тороидальную форму профиля, которая является зеркальным отражением формы профиля, которую



Рисунок 28 - Схема проведения экспериментальных исследований шлифования дорожки качения упорного подшипника

Требуется получить на обрабатываемой поверхности детали.

В процессе шлифования деталь 4 и шлифовальный круг вращают в противоположных направлениях, осуществляют быстрый подвод шлифовального круга к обрабатываемой поверхности, а затем осуществляют врезание рабочей поверхности круга в поверхность детали с рабочей подачей , обеспечивающей заданный размер. После достижения заданного размера детали шлифовальный круг отводят в исходное положение.

Угол устанавливают таким образом, чтобы каждая режущая кромка абразивного инструмента в процессе вращения шлифовального круга периодически входила и выходила из контакта с обрабатываемой поверхностью 2 детали 4. Это обеспечивает очистку рабочей поверхности инструмента от стружки, способствует отводу тепла из зоны обработки и повышению производительности обработки.

Так как ось вращения шлифовального круга установлена в направлении подачи, то износ круга не влияет на диаметр шлифуемой поверхности, что обеспечивает высокую точность обработки и возможность осуществления правки шлифовального круга после обработки нескольких деталей.

Ось шлифовального круга устанавливалась вдоль направления его подачи, а обрабатываемая деталь устанавливалась в патрон бабки изделия под углом 5-8 градусов к этому направлению. Выбор такого диапазона угла разворота оси детали обеспечивает, с одной стороны, хорошую очистку шлифовального круга от стружки и шлама, а с другой стороны, обеспечивает высокую точность формирования тороидального профиля детали, идентичную форме профиля рабочей поверхности шлифовального круга.

В качестве шлифовального круга использовался шашечный шлифовальный круг размером 82Х72Х20 мм на керамической связке 24А60СМ1К7 производства австрийской фирмы «Атлантик». Обработку осуществляли в один проход. Фактически удаленный слой материала (припуск) составил 0,2 мм. Шлифование велось с применением смазочно-охлаждающей жидкости 3% раствор НГЛ 205 в воде.

4.1.3 Обзор патентной литературы

В патенте № 2191671 [22] дается описание способа шлифования сложнопрофильных поверхностей деталей. Изобретение относится к обработке материалов алмазными кругами на токопроводящей связке и может быть использовано в машиностроении и приборостроении для шлифования деталей, преимущественно со сложным профилем поверхности. Способ включает шлифование детали, установленной на столе плоскошлифовального станка, вращающимся алмазным кругом на токопроводящей связке при возвратно-поступательном движении стола и электроэрозионную правку шлифовального круга электродом-инструментом вне зоны обработки. Электроэрозионную правку рабочей поверхности шлифовального круга осуществляют периодически после каждого двойного хода детали со столом станка с использованием источника постоянного тока, а величину электрического напряжения определяют в зависимости от характеристики круга и длины электрода-инструмента. Изобретение позволяет уменьшить износ алмазоносного слоя при повышении производительности шлифования сложнопрофильных поверхностей деталей алмазными кругами на металлической связке.

В патенте №2047465 [23] дается описание способа шлифования поверхностей тел вращения переменной кривизны и устройства для его осуществления. Сущность изобретения: определяют расстояние точки контакта инструмента с заготовкой от общего центра кривизны, лежащего на оси заготовки, и угол наклона касательной в указанной точке и изменяют скорость вращения заготовки обратно пропорционально расстоянию точки контакта инструмента с заготовкой относительно общего центра кривизны. Скорость горизонтального перемещения инструмента обратно пропорциональна времени одного оборота детали, а скорость вертикального перемещения обратно пропорциональна тангенсу угла наклона касательной в точке контакта. Данный способ реализуется устройством для шлифования, которое содержит основание с колонной, расположенную на колонне траверсу с кареткой и приводами перемещения траверсы и каретки, шарнирно подвешенный на каретке рычаг, установленные на рычаге механизм регулирования прижима инструмента и привод вращения инструмента и размещенный на станине стол для заготовки с приводом его вращения. При этом оно снабжено установленными на станине по оси симметрии стола для заготовки датчиками угловой и линейной координаты инструмента относительно точки их подвеса, размещенным на рычаге датчиком его углового положения и закрепленными на колонне и траверсе соответственно датчиками крайних их положений и блоком программного управления. При этом датчики координаты инструмента и датчики углового положения рычага связаны с соответствующими аналоговыми входами блока программного управления, датчики крайних положений траверсы и каретки - с его дискретными входами, а соответствующие выходы дискретных и аналоговых входов связаны через введенные в устройство управляемые ключи с регулятором мощности приводов перемещения траверсы и каретки и приводом вращения стола.

В патенте №2423220 [24] дается описание способа комбинированной обработки шлифованием и поверхностным пластическим деформированием. Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для чистовой обработки и упрочнения заготовок. Осуществляют круглое наружное шлифование заготовки, в конце рабочего цикла которого осуществляют обработку вращающейся заготовки шлифовальным кругом и упрочняющим элементом, относительно которых перемещают обрабатываемую заготовку. В качестве упрочняющего элемента используют индентор, имеющий с обрабатываемой поверхностью заготовки полосовой контакт и выполненный из материала, твердость которого превышает твердость материала обрабатываемой заготовки. Индентор располагают с вылетом относительно поверхности круга в ту или иную сторону в направлении движения подачи. Упрочняющему элементу сообщают амплитудно-модулированные колебания ультразвуковой частоты. В результате повышается производительность и качество обработки, уменьшается высота микронеровностей и формируются сжимающие остаточные напряжения в поверхностном слое обработанной заготовки. (рис.29).

Рисунок 29 - схема способа комбинированной обработки шлифованием и поверхностным пластическим деформированием

В патенте №2424103 [25] дается описание способа шлифования с периодической правкой круга. Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для абразивной обработки деталей, особенно в автоматизированном производстве. Деталь и шлифовальный круг вращают и осуществляют его периодическую правку вращающимся правящим роликом. В процессе шлифования детали правящему ролику сообщают периодическое возвратно-поступательное движение с обеспечением циклического изменения суммарной площади контакта правящего ролика со шлифовальным кругом при входе и выходе ролика из контакта с кругом. Период цикла правки устанавливают в зависимости от состояния режущей способности шлифовального круга, контролируемой по предельным порогам величины звукового давления, возникающего в процессе шлифования детали и правки круга. Максимальный порог звукового давления соответствует времени потери режущей способности шлифовального круга, а минимальный порог - времени ее восстановления. Величины порогов предварительно устанавливают при шлифовании тестовых деталей из условия обеспечения заданной производительности и качества поверхности шлифованных деталей. В результате уменьшаются расход шлифовальных кругов и износ правящего инструмента, а также обеспечивается совмещение времени правки кругов с машинным временем обработки деталей и их установки, особенно при работе шлифовальных станков в автоматическом цикле.

В патенте №2424104 [26] дается описание способа поэтапной подачи смазочно-охлаждающих технологических средств. Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при обработке металлов шлифованием с применением смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС). Осуществляют поэтапную подачу СОТС - водной смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) - поливом в зону обработки на этапах врезания и съема основной части припуска и твердого смазочного материала (ТСМ) в расплавленном распыленном состоянии на вращающийся ШК на этапе выхаживания. Подачу СОЖ и ТСМ разделяют во времени путем введения до начала этапа выхаживания на этапе съема основной части припуска этапа съема припуска всухую с обеспечением обезвоживания рабочей поверхности быстровращающегося ШК. В результате повышается адгезия ТСМ к абразивному материалу круга, уменьшается доля затрат на СОТС в себестоимости продукции, снижаются колебания в технологической системе, сокращается время рабочего цикла за счет быстрого достижения заданного качества обработанных деталей.

В патенте №2426636 [27] рассматривается веерный шлифовальный круг. Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении веерных шлифовальных кругов. Приводимый в движение вращения в направлении вращения шлифовальный круг имеет прочный опорный диск и шлифовальные ламели. Последние имеют главный участок, образующий первую рабочую сторону, гнутый участок, образующий периметрическую рабочую сторону, и наружный участок, образующий вторую рабочую сторону. Данный шлифовальный круг имеет простую и прочную конструкцию, обеспечивающую высокую производительность шлифования и разностороннее ее применение (рис. 30).

Рисунок 30 - веерный шлифовальный круг

4.1.4 Влияние режимов резания при обработке фасонных поверхностей

В литературе [20] рассматривается кинематика процесса шлифования фасонных (тороидальных) поверхностей беговых дорожек колец шариковых подшипников методом врезания и качания. Наиболее сложным процессом с точки зрения кинематики резания является шлифование методом качания, когда при съеме металла участвуют сразу четыре движения: вращение круга и детали, качание детали или круга и поперечное перемещение круга. Обрабатывают деталь при методе качания инструментом на вулканитовой связке, рабочая поверхность которого формируется самозатачиванием в процессе шлифования. Формирование обработанной поверхности детали осуществляется в основном на последнем этапе шлифования.

В связи с этим наряду с существующим шлифованием беговых дорожек колец подшипников (шлифование с выхаживанием) рассматривают метод шлифования, в котором переход выхаживание заменен переходом доводка (шлифование неподвижным абразивным инструментом), что осуществляется автоматическим торможением шпинделя шлифовального круга в момент прекращения поперечной подачи станка. В результате исследования кинематики процесса шлифования получены уравнения, которые могут быть использованы для анализа этого процесса и, прежде всего для определения траектории движения абразивного зерна на обрабатываемых поверхностях деталей, что позволит судить о характере и направлении шероховатости поверхности и при необходимости изменять их.

Шлифование с выхаживанием

Цикл окончательного шлифования обычно заканчивается выхаживанием, при котором происходит формообразование шероховатости шлифованной поверхности. Образование направления шероховатости обработанной поверхности определяет вектор скорости резания в точке контакта абразивного инструмента и обрабатываемой поверхности детали. Вектор скорости резания может быть определен в прямоугольных координатах ОXYZ (рис.31).



Рисунок 31 - Схема для определения вектора скорости резания

Для этого следует рассмотреть сечения круга и детали, перпендикулярные соответствующим осям вращения и проведенные через произвольную точку контакта поверхности круга и детали (точка О₁) в момент поворота детали относительно круга на угол ц. В данной системе координат точка О - ось вращения детали. Ось ОХ - направлена по оси вращения детали, ОY - по оси симметрии кольца в горизонтальной плоскости, ОZ - перпендикулярно плоскости XOY. Перенесем начало координат в точку О₁ и получим новую систему координат О₁X₁Y₁Z₁ , оси которой параллельны соответствующим осям прежней системы координат. Рассмотрим расположение векторов скоростей круга х_к и детали х_д в системе координат О₁X₁Y₁Z₁ (рис.32)

Рисунок 32 - Определение векторов скоростей детали и круга.

(4.1)

(4.2)

Точка О₁ в первоначальной системе координат определена величиной z₀ и углом б (угол между осью симметрии детали и радиусом качания r, проходящим через центр качания и точку О₁). При этом б и r расположены в плоскости, проходящей через ось вращения детали и точку О_1.

(4.3) (4.4)

(4.5)

(4.6)

При обработке фасонных поверхностей методом качания на величину и направление результирующей скорости резания влияет скорость качания детали.

(4.7)

(4.8)

(4.9)

Приведенные формулы позволяют определить величину и направление скорости резания в любой точке контакта абразивного инструмента с деталью т. е. при любом угловом положении детали относительно шлифовального круга. Однако определение величины и направления результирующей скорости в указанной системе координат не может вскрыть механизма образования направлений шероховатостей на обрабатываемой поверхности детали. Практический интерес представляет определение направлений перемещения абразивного зерна по обрабатываемой поверхности детали, т. е. определение направления составляющей результирующей скорости резания в плоскости, касательной к фасонной поверхности кольца в рассматриваемой точке О₁

Вывод: угол, определяющий направление составляющей результирующей скорости резания относительно направления вращения детали на длине дуги контакта абразивного инструмента и детали, возрастает с увеличением скорости движения качания как при попутном, так и встречном шлифовании.

На основании анализа кинематики процесса резания при фасонном шлифовании с выхаживанием можно отметить, что при шлифовании с выхаживанием направление шероховатостей на обрабатываемой поверхности практически совпадает с направлением вращения детали. Сообщив дополнительные перемещения инструменту или детали в период выхаживания можно существенно изменить процесс образования шероховатостей шлифованной поверхности.

Шлифование с доводкой

Кинематику процесса резания при доводке покажем на основании зависимостей, полученных при фасонном шлифовании с выхаживанием. Отличительная особенность процесса доводки с точки зрения кинематики резания состоит в том, что координаты вектора скорости шлифовального круга при этом процессе равны нулю. Скорость резания в период доводки без учета скорости движения качания равна окружной скорости детали.

Расчет показывает, что в реальных условиях шлифования неподвижным абразивным инструментом методом качания величина угла ю составляет свыше 3°, т. е. значение угла ю при доводке несколько превосходит расчетную величину ю при выхаживании. Данное обстоятельство позволяет отметить, что в условиях шлифования направление шероховатостей в период доводки не совпадает с направлениями шероховатости, оставшимися после этапа шлифования. В результате шлифовочные риски будут перерезаться абразивными зернами в период доводки. При назначении соответствующего режима доводки можно получить определенное направление шероховатостей на обработанной поверхности детали. При переходе от этапа шлифования к этапу доводки значительно снижается скорость резания (в 60-100 раз), и в результате режущие способности круга понижаются. Абразивные зерна в таких условиях не способны врезаться в обрабатываемую поверхность на большую глубину. При доводке происходит перерезание шероховатостей от предшествующего этапа обработки, а шлифование в комбинации с доводкой существенно снижает высоту шероховатости обработанной поверхности детали.

Основной силой, возбуждающей вибрации при шлифовании, является усилие привода шпинделя шлифовального круга. Остановка привода шпинделя в момент окончательного формирования обрабатываемой поверхности детали значительно снижает вибрации системы станок - деталь - шлифовальный круг, а следовательно, и возможности появления следов вибрации на обработанной поверхности. Интенсивность съема металла при доводке зависит от давления абразивного инструмента на поверхностях контакта с обрабатываемой поверхностью детали. Следовательно, при наличии таких погрешностей обработки, как огранка, волнистость и др., полученных на предшествующем этапе шлифования, давление в зоне резания (при внутреннем шлифовании) будет наибольшим в областях, расположенных ближе к центру детали, т. е. наиболее интенсивный съем металла в момент доводки будет происходить по вершинам волн или граней, что повышает геометрическую точность обрабатываемой детали.

К наиболее распространенным станкам, предназначенным для чернового и окончательного шлифования беговых дорожек внутренних колец шарикоподшипников относятся Л3-105С1; Л3-164; Л3-190А; Л3-192А; Л3-214; Л3-218; Л3-220. Для обработки беговых дорожек наружных колец подшипников применяют также желобошлифовальные станки Л3-135С1; Л3-191АС1; Л3-193А; Л3-209; Л3-215; Л3-221; Л3-225.

Освоение и затем внедрение скоростного шлифования с форсированными подачами связано с решением вопросов, которые должны быть учтены при создании нового оборудования: а) возрастание динамической жесткости системы СПИД и мощности приводов; б) создание и освоение высокоскоростных шпинделей шлифовального круга и детали; в) оснащение станков средствами динамического балансирования шлифовальных кругов; г) создание более чувствительных элементов подачи для обеспечения ускоренного подвода круга к детали, плавного переключения на рабочую и затухающую подачи; д) увеличение прочности ограждения шлифовального круга.

Влияние поперечной подачи на режущую способность абразивного круга

При работе кругами на вулканитовой связке с увеличением скорости шлифования с 39,6 до 57,08 м/с режущая способность абразивного инструмента увеличивается в среднем на 35 - 40 %, а расход абразивного инструмента уменьшается на 30 - 35 %. При увеличении поперечной подачи режущая способность абразивного круга возрастает, но только до некоторого значения поперечной подачи. Так, при скорости круга 39,26 м/с таким значением поперечной подачи является 1,5 мм/мин, а при 57,08 м/с - 2,1 мм/мин. При дальнейшем увеличении поперечной подачи режущая способность абразивного круга не увеличивается. Это объясняется тем, что при увеличении поперечной подачи условие самозатачиваемости круга сначала улучшается, т. к. при увеличении глубины шлифования возникают силы, действующие на каждое зерно. Они вызывают не только сглаживание, но и скалывание зерна. В связи с этим улучшается режущая способность зерна, уменьшается работа силы трения и уменьшаются прижоги шлифованной поверхности. При дальнейшем увеличении поперечной подачи создаются условия работы, при которых под воздействием возникающих сил резания начинают выкрашиваться целые зерна и круг осыпается.

Схема действия сил при шлифовании желобов у наружных колец шарикоподшипников при различных положениях детали.

Рассмотрим схему действия сил при шлифовании желобов у наружных колец шарикоподшипников при различных положениях детали (рис.33) I-III предельные положения (правое и левое), в которых деталь останавливается, а затем изменяет направление качания. Для предельных положений детали основными рабочими движениями являются вращение шлифовального круга, поперечная подача шлифовального круга и вращение детали (врезное шлифование). Для этих положений можно определить величину равнодействующей силы шлифования.

Рисунок 33 - Схема действия сил при шлифовании беговых дорожек колец подшипников методом качания

, (4.10)

где P_y - радиальная составляющая силы шлифования; P_z - тангенциальная составляющая силы шлифования.

При переходе из I положения в III и обратно деталь может занимать среднее положение II, когда ось детали становится параллельной оси шлифовального круга. В этот момент скорость колебаний детали становится максимальной. Следовательно, скорость колебаний изменяется от нуля в положениях I и III до его максимальной величины в положении II. Точно также изменяется и величина составляющей силы резания P_x . В положениях I и III величина P_x = 0, и по мере возрастания скорости качания она возрастает, достигая своего максимального значения в положении II. Для этого положения величина равнодействующей силы шлифования

. (4.11)

Из этого следует, что при желобошлифовании за одно качание равнодействующая силы шлифования изменяется по величине и по направлению. Цикл шлифования желоба кольца слагается из трех периодов. Первый - черновое шлифование при максимальной черновой подаче, предназначенное для снятия основной части припуска (до 2/3 его величины). Второй - чистовое шлифование при соответствующей чистовой подаче, предназначенное для получения нужного размера детали и соответствующей шероховатости поверхности. Третий период - выхаживание (поперечная подача отключена). Деталь подается на круг в результате восстановления упругой технологической системы. Во время третьего периода снижают шероховатость поверхности и доводят размер детали.

Оценка эффективности процесса скоростного шлифования

Изучение зависимости относительной производительности круга, которая представляет собой отношение объема снятого металла к объему израсходованного абразива, от его скорости и скорости вращения детали позволило установить, что увеличение скорости круга с 39,26 до 57,08 м/с повышает относительную производительность круга в среднем в 2 раза. Оценку эффективности процесса скоростного шлифования, качества абразивного круга и режимов шлифования можно получить, рассматривая отношение мощности шлифования к массе снятого металла значительно увеличивается с повышением скорости круга; при увеличении окружной скорости детали с 149 до 590 об/мин это отношение увеличивается на 10-15%. При этом выяснилось, что при скоростном шлифовании существенное увеличение скорости вращения детали позволяет избежать прижоги и трещины.

При исследовании процесса скоростного внутреннего желобошлифования установлено соотношение скорости V_К и V_Д , отражающее особенности процесса и обеспечивающее получение наименьшей шероховатости,

, (4.12)

Таким образом, изложенные выше результаты исследования скоростного внутреннего шлифования беговых дорожек колец шариковых подшипников показали, что при увеличении скорости шлифовального круга до 55-60 м/с улучшаются основные показатели процесса шлифования (производительность, шероховатость поверхности, точность обработки) и уменьшается износ абразивного инструмента.

Шлифование с доводкой

Для дальнейшего повышения качества и точности деталей подшипников разработан и исследован новый процесс шлифования беговых дорожек колец шариковых подшипников - шлифование с доводкой. Чтобы определить эффективность такого способа обработки, нужно сопоставить результаты, полученные при одинаковых технологических условиях шлифованием беговых дорожек колец подшипников с выхаживанием и шлифованием с доводкой. При обработке шлифованием с выхаживанием непараллельность средней оси желоба относительно торца колеблется от 5 до 25 мкм, а с доводкой - от 3 до 17 мкм. Средневероятностная величина отклонения от параллельности при шлифовании колец с выхаживанием составляет 9,52 мкм, а с доводкой - 8,94 мкм, т.е. на 6,4 % меньше. Диапазон рассеяния величины огранки при шлифовании с выхаживанием составляет от 2 до 18 мкм, а при шлифовании с доводкой огранка колец изменяется от 2 до 13 мкм.

Исследование влияния методов обработки на овальность желоба позволило установить следующее: а) величина овальности при шлифовании с выхаживанием изменяется от 3 до 14 мкм, а с доводкой от 2 до 10 мкм. Шероховатость поверхности, обработанной с выхаживанием, колеблется в пределах от Ra = 0,36 до Ra = 0,5 мкм, тогда как кольца, обработанные шлифованием с доводкой, имеют поверхность, шероховатость которой изменяется от Ra = 0,125 до Ra = 0,188 мкм.

Исследование влияния методов обработки на волнистость желоба колец подшипников показало, что величина рассеяния волнистости желобов колец подшипников при обработке с выхаживанием колеблется от 0,7 до 1,3 мкм, а при обработке с доводкой диапазон изменения волнистости составляет от 0,3 до 0,9 мкм; центр регулирования волнистости при обработке с выхаживанием составляет 0,87 мкм, а с доводкой - 0,46 мкм, т. е. на 47,2 % меньше. Шероховатость поверхности, обработанной с выхаживанием, колеблется в пределах от Ra=0,36 до Ra=0,5, тогда как кольца, обработанные шлифованием с доводкой, имеют поверхность, шероховатость которой изменяется от Ra=0,125 до Ra=0,188 мкм. Среднее значение высоты шероховатости при обработке с доводкой меньше высоты шероховатости, полученной шлифованием с выхаживанием, почти в 3 раза.

Стойкость абразивного инструмента

Стойкость абразивного инструмента влияет на многие показатели процесса шлифования. Износ абразивного инструмента в зависимости от методов шлифования определяли следующим образом. Обрабатывали 10 колец с выхаживанием, фиксируя износ наружного диаметра шлифовального круга, затем станок переналаживали на шлифование с доводкой, при котором обрабатывали такую же партию колец и измеряли износ шлифовального круга, после чего снова переналаживали станок на старый метод шлифования и т. д. Такие переналадки станка выполняли до полного износа каждого шлифовального круга (стойкость круга - 90 - 120 деталей). Установлено, что стойкость абразивного инструмента при шлифовании с выхаживанием и доводкой практически одинакова.

Определение производительности процесса доводки

Желобошлифование является промежуточной операцией в технологическом процессе изготовления колец шариковых подшипников, а в качестве окончательной операции применяют доводку. На производительность процесса доводки в той или иной степени влияют шероховатость и геометрическая точность поверхностей желобов колец подшипников, полученные в процессе шлифования. Так, например, если желоба колец подшипников после шлифования имеют шероховатости поверхности мкм, то для того, чтобы не было следов шлифовальных рисок, на операции окончательной обработки должно быть снято по диаметру не менее 0,025-0,030 мм, а при мкм - 0,015-0,018 мм. Из приведенных данных видно, что изменение шероховатости шлифуемой поверхности желобов колец подшипников мкм до мкм уменьшает необходимый снимаемый слой металла на доводочных операциях в среднем на 40%. Производительность процесса доводки определяли по времени, необходимому для полного удаления следов шлифования. Для этого доведенные кольца с известным временем доводки подвергались 100%-ному контролю по наличию рисок на обработанных поверхностях. При этом фиксировали число колец, возвращенных на доработку из-за наличия следов шлифовальных рисок. Результаты исследования влияния времени доводки на число деталей с отсутствием следов шлифовальных рисок обработанных старым и новым методами шлифования, показывают, что при времени доводки менее 25 с все кольца, обработанные старым методом шлифования, имеют на поверхности желобов эти следы. При времени доводки свыше 25 с процент годных деталей начинает плавно возрастать и при 35 с доводки 10% колец уже не имеют следов шлифовальных рисок. Наиболее интенсивно следы шлифования удаляются в диапазоне изменения времени доводки от 35 до 60 с, при этом число годных деталей достигает 96,7%. Для того чтобы все кольца обработанные с выхаживанием, не имели следов шлифовальных рисок, необходимо назначать машинное время доводки каждого кольца не менее 70 с. В случае меньшего времени доводки на отдельных кольцах останутся следы шлифования, по которым затем бракуют всю партию, так как техническими условиями не допускается наличие на рабочих поверхностях колец шариковых подшипников любых следов шлифования. Следовательно, указанное время доводки является необходимым машинным временем для колец, обработанных старым методом шлифования. Интенсивность роста годных деталей при новом методе обработки наблюдается в диапазоне от 20 до 50 с доводки, при котором число годных деталей достигает 98%. Необходимым временем доводки поверхностей желобов колец подшипников является машинное время, равное 55 с, при котором все детали не имеют следов шлифования. Таким образом, шлифование с доводкой относительно шлифования с выхаживанием существенно повышает производительность процесса доводочных операций (свыше 20%).

...