Как колесные оправки влияют на производительность шлифовальной машины

Aug 21, 2023

Операции прецизионного шлифования охватывают все области применения, требующие размеров с жесткими допусками и требованиями к чистоте поверхности с низким Ra, включая цилиндрическое наружное шлифование (OD), внутреннее шлифование (ID), поверхностное шлифование и глубинное шлифование. Круги для этих операций, как правило, представляют собой обычные шлифовальные круги из оксида алюминия или керамики различных форм и размеров, но в зависимости от применения также могут использоваться суперабразивные алмазные и CBN-шлифовальные круги.

В этих случаях также может потребоваться шлифовальная пиноль или оправка круга в качестве продолжения шпинделя. Колесные оправки обеспечивают большую гибкость в настройке станка, часто увеличивая способность колес достигать различных элементов заготовки. Они легко настраиваемы и имеют жесткие допуски, поэтому хорошо спроектированные колесные оправки должны быть жесткими и хорошо сбалансированными. Оправки являются одним из основных компонентов прецизионных шлифовальных станков и при правильной конструкции могут оказаться экономически эффективным решением для повышения производительности прецизионного шлифования.

Хотя большинство инженеров понимают их важность, немногие осознают, какое влияние может оказать оправка круга на оптимизацию процесса шлифования. Пытаясь исправить ошибочный процесс шлифования или просто стремясь улучшить результаты, большинство инженеров переоценивают скорость, производительность, круги и материалы. Во многих новых применениях оправка колеса является часто упускаемым из виду источником вибрации, которая может способствовать ухудшению качества заготовки. В этой статье показано, как оправки колес могут повлиять на производительность прецизионного шлифовального станка и какие шаги можно предпринять для улучшения.

В задачах прецизионного шлифования жесткость станка имеет важное значение для оптимальной производительности и результатов. Недостаточная жесткость может привести к образованию вибраций на поверхности измельчаемых материалов. Более жесткая машина обеспечивает более высокие скорости подачи, что приводит к сокращению времени цикла и повышению стабильности в зоне шлифования. Это может привести к увеличению срока службы круга, точности и производительности.

Существует два типа жесткости компонента машины. Статическая жесткость рассчитывается в Н/мм и описывает жесткость компонента при нагрузках, близких к статическим. Динамическая жесткость, также рассчитываемая в Н/мм, связывает жесткость с эффектом демпфирования и массы и обычно минимальна при собственной частоте или самом слабом режиме вибрации. Этот результат обычно составляет ¼-½ статической жесткости.

Основными компонентами, определяющими жесткость шлифовальной системы, являются станок, деталь, приспособление и круг. Но жесткость системы зависит от ее самого слабого компонента, а поскольку в некоторых процессах шлифования оправка круга должна быть длиннее, чтобы достичь характеристик заготовки, она, как правило, является самым слабым звеном. Существует три основных фактора производительности оправки колеса: материал, диаметр и длина.

Оправки колес обычно изготавливаются из одного из трех материалов, в зависимости от применения:

Часто для внутреннего шлифования используются длинные оправки, но в некоторых процессах наружного шлифования и глубинного шлифования стали использовать удлиненные оправки для решения проблем с зазором. Внутреннее шлифование обычно требует самого большого соотношения длины к диаметру. В зависимости от зазора детали использование суперабразивных кругов меньшего диаметра позволяет использовать оправки большего диаметра. А поскольку скорость износа и срок службы суперабразивных кругов, как правило, превышают показатели обычных абразивов, общий срок службы круга в расчете на деталь может оставаться аналогичным. Если применение СОЖ ограничивает оптимальную длину и/или внешний диаметр оправки, может помочь подача СОЖ через шпиндель или приспособление детали.

Опытные операторы и инженеры-технологи знают, что чем короче оправка, тем лучше шлифовка, но они могут быть удивлены, узнав, насколько лучше. Хотя можно подумать, что оправка длиной 50 мм в два раза жестче, чем оправка длиной 100 мм, на самом деле жесткость оправки колеса изменяется экспоненциально в зависимости от длины или внешнего диаметра. Увеличение внешнего диаметра оправки на 10 процентов увеличит статическую жесткость на 46 процентов, а уменьшение длины на 10 процентов увеличит статическую жесткость на 37 процентов. Стальная оправка с валом диаметром 25 мм и длиной 100 мм имеет статическую жесткость 12 000 Н/мм, вал длиной 50 мм = 96 000 Н/мм, то есть более короткая оправка в восемь раз жестче.