CC BY
49
УДК 621
СТАТИЧЕСКАЯ БАЛАНСИРОВКА АБРАЗИВНЫХ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ
В. В. Кожевников, Р. А. Солостин
STATIC BALANCING OF ABRASIVE GRINDING WHEELS V. V. Kozhevnikov, R. A. Solostin
Аннотация. Актуальность и цели. В процессе работы шлифовального круга наличие дисбаланса приводит к появлению колебаний, под действием которых условия в зоне резания изменяются. Это напрямую влияет на качество обрабатываемой поверхности детали. Поэтому минимизация остаточной статической неуравновешенности как на заводе-изготовителе кругов, так и на заводе-потребителе является актуальной. Существующий технологический процесс балансировки кругов не обеспечивает высокой точности и производительности балансировки. Цель работы - совершенствование технологического процесса балансировки абразивных шлифовальных кругов. Материалы и методы. Анализ информации, полученной из литературных источников, позволил выделить пути достижения поставленной цели работы. Результаты. В статье предлагается конструкция устройства для статической балансировки кругов. Выводы. Технология балансировки шлифовальных кругов с помощью нового устройства позволит существенно повысить точность и производительность процесса определения остаточной статической неуравновешенности абразивных шлифовальных кругов.
Ключевые слова: балансировка, шлифовальный абразивный круг, неуравновешенные массы, производительность.
Abstract. Background. The grinding wheel unbalance leads to oscillations under the action of which the conditions in the cutting zone change. This directly affects the quality of the processed surface of the workpiece. Therefore, minimization of the residual static unbalance at the producer-factory and the consumer-factory is relevant. The existing technological process of balancing of wheels does not provide high accuracy and productivity of balancing. The work purpose is improvement of technological process of balancing abrasive grinding wheels. Materials and methods. The analysis of information received from references allowed to allocate ways of achievement of a goal of work. Results. The paper proposes the design of a device for the static balancing of wheels. Conclusions. Technology balancing of grinding wheels using the new device will significantly improve the accuracy and efficiency of the process of determining static unbalance abrasive grinding wheels.
Key words: balancing, grinding abrasive wheels, unbalanced weight, productivity.
Основной особенностью современного научно-технического прогресса является постоянное увеличение рабочих скоростей вращения роторов, узлов и механизмов машин, что соответственно влечет за собой повышение требований к качеству их балансировки. Это относится и к шлифовальным кругам, которые широко применяются в различных отраслях промышленности и требуют контроля их дисбаланса. В процессе работы шлифовального круга наличие дисбаланса приводит к появлению колебаний, под действием которых условия в зоне резания изменяются. Возникающие из-за наличия дисбаланса кратковременные процессы попеременно увеличивают нагрузки на ре-
жущие зерна шлифовального круга и изменяют процесс резания. Циклическое перемещение круга под действием неуравновешенности приводит к образованию волн на поверхности заготовки, т.е. к ее шероховатости. В силу податливости технологической системы созданные волны на заготовке при новых проходах круга по обрабатываемой поверхности увеличивают отклонения от правильной формы, что приводит к износу круга. Наличие дисбаланса оказывает влияние на физико-механические свойства поверхности, изменяет условия резания, что приводит к образованию местных термических изменений структуры приповерхностного слоя материала деталей и формированию остаточных напряжений.
В настоящее время допустимые неуравновешенности шлифовальных кругов и метод их измерения регламентируются ГОСТ 3060-86 [1] с применением типологии и терминологии по ГОСТ 2424-83 [2]. Согласно этим стандартам на российских предприятиях повсеместно применяется контроль дисбаланса круга на балансировочных стендах [3]. Последний конструктивно выполнен в виде станины (рис. 1), связанных с ней направляющих (ножей) и набора балансировочных оправок (к которым существуют специальные технические требования). При существующей технологии балансировки шлифовального круга величина дисбаланса круга не определяется. Шлифовальные круги относят к различным классам точности в зависимости от величины дисбаланса.
При выполнении измерений должен быть применен балансировочный стенд, конструктивно выполненный в виде станины, связанных с ней направляющих (ножей) и набора балансировочных оправок.
Измерение неуравновешенных масс следует выполнять методом сравнения с массой грузов. Шлифовальный круг устанавливают на направляющие
Рис. 1. Статическая балансировка на параллелях
станка для статической балансировки с помощью балансировочной оправки и легким толчком придают кругу медленное вращение. После остановки круга с оправкой отмечают верхнюю точку его периферии и прикрепляют к ней зажим. Затем поворачивают круг с зажимом вручную на 90 градусов и посредством зажима крепят грузы к его наружной поверхности. Путем подбора грузов приводят круг к состоянию, при котором он после ряда легких толчков устанавливается в разных положениях. Масса груза и зажима определит неуравновешенную массу круга.
При контроле неуравновешенности после поворота круга на 90 градусов устанавливают грузы с массой (с учетом зажимов), равной допустимой неуравновешенной массе (по таблице). Если под действием этого груза круг остается в покое или будет вращаться, опуская груз вниз, то круг удовлетворяет требованиям данного класса неуравновешенности; если груз будет подниматься, то круг не отвечает требованиям данного класса неуравновешенности.
На предприятии-изготовителе балансировка проводится после операции механической правки геометрии шлифовального круга, выполняемой алмазным инструментом, и операции проклейки и калибровки посадочного отверстия. После балансировки проводится маркировка и упаковка круга. На круге указывается класс, соответствующий величине дисбаланса. Согласно ГОСТ 3060-86 все шлифовальные круги разделяются на четыре класса по величине остаточной неуравновешенности (в зависимости от типоразмера). В соответствии с классом и максимальной рабочей линейной скоростью выбирается режим работы с использованием этого круга и его применяемость.
В соответствии с п. 4.2 ГОСТ 12.3.028-82 [4] на предприятиях-потребителях шлифовальных кругов перед установкой на станок шлифовальный круг должен быть отбалансирован в сборе с планшайбой. При обнаружении дисбаланса круга после первой правки или в процессе работы должна быть произведена его повторная балансировка. Балансировка должна проводиться в соответствии с требованиями ГОСТ 3060-86 (по методике, приведенной выше).
Однако применение для балансировки вышеприведенной методики имеет следующие серьезные недостатки:
1) крайне низкая производительность балансировочного процесса;
2) низкая точность балансировки, так как определяется практически не величина остаточного дисбаланса, а диапазон величин, определяющих класс по ГОСТ 3060-86;
3) отсутствие при балансировке на заводе-изготовителе информации о месте нахождения неуравновешенности.
Все вышесказанное говорит о том, что проблема балансировки шлифовальных кругов является актуальной в современной промышленности, требующей применения новых подходов и принципов.
Необходимо отметить, что использование традиционных методов контроля, при которых дисбаланс определяется на стендах при вращении тела, применительно к шлифовальным кругам неприменимо из-за возможности разрушения круга в процессе его вращения. Это прежде всего относится к кругам большого веса с большими дисбалансами. Из сказанного следует, что проблема контроля дисбаланса шлифовальных кругов и их последующая
градация по величине и месту расположения дисбаланса является важной технической задачей, требующей новых принципов и подходов.
Для решения этой проблемы предлагается проводить балансировку шлифовальных кругов как на предприятии-изготовителе, так и на предприятии-потребителе с помощью статических весов, схема которых представлена на рис. 2.
у
Рис. 2. Принципиальная схема устройства для балансировки абразивных шлифовальных кругов
Предлагаемое устройство представляет собой двухмассовую систему (колебательную систему), которая может поворачиваться вокруг горизонтальных осей, проходящих через точку О. Балансируемая деталь m1 устанавливается в верхней части колебательной системы и уравновешивается массой m2. В случае, если деталь mi статически уравновешена и отсутствуют погрешности установки детали, колебательная система займет вертикальное положение. При наличии неуравновешенной массы mд колебательная система «наклонится» в сторону расположения этой массы. Угол наклона системы будет зависеть от массы m^ Измерив смещение АХ нижней части колебательной системы, можно определить значение дисбаланса. Составим уравнение равновесия моментов всех действующих сил на колебательную систему:
У ma = 0
° (1)
m1gL1 sin ф + m дg^ sin ф + m дg^ cos ф - Mтр = m2gL2 sin ф,
где Мтр - момент сопротивления, препятствующий наклону системы под действием неуравновешенных сил от дисбаланса m^
Угол наклона колебательной системы, выраженный из уравнения (1), будет иметь вид:
ф = arctg
M тр тд гд--Г1
m2L2 - m1L1 - тдL1
/
(2)
Как видно из уравнения (2), чувствительность балансировочного устройства (отклонение колебательной системы от массы дисбаланса тд), работающего по описанному выше принципу, будет пропорциональна отношению масс m1/m2 и обратно пропорциональна отношению плеч Lj/L2. Однако безграничное увеличение чувствительности нерационально, так как значение угла ф определяется нелинейной функцией (а именно тангенсом), и для того чтобы функция угла наклона колебательной системы от массы дисбаланса приближалась к прямой линии, необходимо ограничить значение угла ф двумя градусами.
С другой стороны, чувствительность балансировочного устройства также определяется разрешающей способностью измерительной системы. В качестве такой системы можно использовать двухкоординатный датчик перемещения, конструкция которого описана в литературе [5]. Разрешающая способность датчика составляет около 5 мкм.
Применение предлагаемого способа определения параметров дисбаланса шлифовальных кругов позволит не только определить с требуемой точностью величину неуравновешенности, но и угловую координату ее места нахождения. Предлагается следующая последовательность технологических переходов при проведении балансировки на предприятии-изготовителе:
- установка шлифовального круга на балансировочный станок;
- проведение цикла измерений параметров дисбаланса;
- нанесение на шлифовальный круг метки угловой координаты расположения неуравновешенности с указанием ее величины;
- заполнение паспорта шлифовального круга в части дисбаланса;
- снятие и маркировка шлифовального круга в соответствии с ГОСТ.
Применение такой технологии позволяет проводить упрощенную процедуру балансировки на предприятии-потребителе. В связи с тем, что на круге уже указаны величина и место нахождения неуравновешенности, при установке круга на планшайбу имеется возможность провести устранение этой неуравновешенности без применения балансировочного станка расчетным способом посредством перемещения грузов на планшайбе. Кроме этого, имеется возможность использовать технологию балансировки с помощью предлагаемого устройства на предприятии-потребителе шлифовальных кругов для непосредственного измерения/контроля параметров дисбаланса круга вместе с планшайбой.
На предприятии-потребителе на шлифовальных станках имеется возможность применения АБУ (автобалансировочных устройств). Применяемые в некоторых станках АБУ производства СССР механического действия не отвечают требованиям точности. В мире основным производителем АБУ электронно-гидравлического типа для шлифовальных станков является фирма Schmitt (США). В России производителем подобного оборудования заявлена фирма ООО «Акрон-3» (г. Москва). Но применение такого оборудования не исключает обязательную операцию балансировки круга на предприя-
тии-изготовителе и предварительную балансировку круга в сборе с планшайбой. В соответствии с этим очевидно, что АБУ является не основным, а дополнительным оборудованием, служащим для повышения точности обработки поверхностей деталей.
Таким образом, определение статической неуравновешенности шлифовальных кругов с помощью предлагаемого балансировочного устройства обладает рядом преимуществ:
- точное определение величины дисбаланса;
- определение угловой координаты места расположения дисбаланса;
- повышение производительности балансировочного процесса;
- получение возможности проводить устранение дисбаланса на предприятии-потребителе расчетным способом посредством перемещения грузов на планшайбе.
Список литературы
1. ГОСТ 3060-86. Круги шлифовальные. Допустимые неуравновешенные массы и метод их измерения. - URL: www.internet-law.ru/gosts/gost/29070/
2. ГОСТ 2424-83. Круги шлифовальные. Технические условия. - URL: www.vashdom.ru/gost/2424-83/
3. Балансировка машин и приборов / В. А. Щепетильников, Ю. А. Самсаев, Т. П. Козлянинов и др. ; под ред. В. А. Щепетильникова. - М. : Машиностроение, 1979. - 294 с.
4. ГОСТ 12.3.028-82. Процессы обработки абразивным и эльборовым инструментом. Требования безопасности. - URL: www.vashdom.ru/gost/12.3.028-82/
5. Брякин, А. Л. Двухкоординатный датчик положения / А. Л. Брякин, В. В. Кожевников, С. В. Кочкин // Известие высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2011. - № 4 (20). - С. 225-236.
Кожевников Вячеслав Владимирович
кандидат технических наук, доцент, кафедра компьютерного проектирования технологического оборудования, Пензенский государственный университет E-mail: redans@yandex.ru
Солостин Роман Александрович
студент,
Пензенский государственный университет E-mail: solostin@yandex.ru
Kozhevnikov Vyacheslav Vladimirovich candidate of technical sciences, associate professor,
sub-department of computer-aided design of technological equipment, Penza State University
Solostin Roman Alexandrovich
student,
Penza State University
УДК 621 Кожевников, В. В.
Статическая балансировка абразивных шлифовальных кругов / В. В. Кожевников, Р. А. Солостин // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2015. - № 1 (13). - С. 132-137.
