Структурный анализ технологических баз при шлифовании сферических торцов роликов

Сферический базовый торец наряду с образующей являются основными рабочими поверхностями роликов конических радиальноупорных и сферических подшипников. От ме-тода базирования при шлифовании сферы за-висит качество изготовления роликов, а также долговечность, уровень вибрации и шума, мо-мент трения подшипников в целом. Станки для шлифования сферических торцов отнесены к двум методам: шлифование периферией или тор-цом шлифовального круга, осуществляемым врезной или круговой подачей [1]. Класси-фикация [2] охватывает 12 схем шлифования в зависимости от прерывистости процесса, коли-чества шпинделей, количества обрабатываемых торцов и способа установки. Исследованы ме-тоды шлифования торцов бочкообразных роли-ков [3]. Существующие классификации не учи-тывают критерии, оказывающие непосредст-венное влияние на точность установки и обра-ботки сферического торца. Отсутствует систем-ный подход в описании теоретических схем базирования существующих и перспективных способов обработки и способов их реализации, основанный на теории базирования.

Способы установки конических роликов разделим с учетом морфологических критериев: базирования и закрепления. К критериям базирования отнесем: по методу базирования; по способу обработки; по типу связи; по характеру проявления; по комплекту баз; по характеру относительного движения базирующих поверхностей ролика с сопряженными контактирующими поверхностями приспособления; по наличию компенсации погрешностей. Критерии закрепления ролика: по виду замыкания; по типу сил, создающих силовое замыкание; по источнику

замыкающего усилия; по степени проявления замыкающих сил; по порядку выполнения закрепления; по типу силового контура. Предложенные критерии сводятся в схему (рис.1).

Для анализа всех существующих и возможных вариантов базирования роликов использовался морфологический метод (рис. 2), кото-рый учитывал 3 группы критериев: базовая поверхность, определяющая положение ролика; вспомогательная базовая поверхность; характер проявления (Я, С) и способ базирования (Бц, Ц, К). Каждой ячейке морфологического ящика может соответствовать несколько схем базиро-вания в зависимости от схемы расположения опорных точек. В свою очередь каждую схему базирования можно реализовать несколькими вариантами технологических систем. Сочетания с 1 по 49 представляют собой бесцентровые (Бц) способы базирования с установкой по явным (Я) базам. Некоторые схемы базирования и способы их реализации, как существующие, так и предлагаемые, представлены на рис. 3-5.

Сочетанию 1 соответствует схема базирования 1а (рис. 3). В способе реализации 1а1 ролик устанавливается образующей по направ-ляющей базе, реализуемой путем контакта роли-ка с торцевой поверхностью жесткого опорного диска 1 (оп.т. 1, 2). Диски установлены соосно и вращаются в противоположные стороны с раз-ной угловой скоростью, обеспечивая вращение заготовки вокруг своей оси и оси круговой по-дачи. Этим реализуется опорная база (оп.т. 6). В процессе качения по дискам, заготовка вступает в контакт с боковую поверхностью паза сепа-ратора 3, соосно установленного с дисками 1 и 2, чем реализуется направляющая база (оп.т. 3,4). Силовое замыкание осуществляется вторым жестким ведущим диском 2. Ролик фиксируется в осевом направлении между торцами дисков по опорной базе (оп.т. 5). Способ обработки - сквозной. Характер относительного движения - КС, тип связи - НЖП.

Рис. 2. Морфологический ящик способов установки заготовок роликов при шлифовании сферического торца

Рис. 1. Критерии установки роликов при шлифовании сферического торца

Сочетанию 2 соответствуют схемы базирования 2а, 2б и 2в (рис. 3). В схеме 2а заготовка устанавливается образующей по двум направляющим базам, реализуемым с помощью двух пар опорных точек 1, 2 и 3, 4 и одной опорной базе, реализуемой опорной точкой 6. Малый торец является вспомогательной технологической базой и используется в качестве опорной базы (оп.т. 5) для установки заготовки в осевом направлении. Возможно несколько способов реализации схемы базирования 2а.

В способе 2а1 (рис. 3) заготовка ролика устанавливается образующей по направляющей базе путем контакта с опорным диском 1, по другой направляющей базе за счет контакта с пазом сепаратора 3, по опорной базе контактом ТМ с торцевым упором 4 в пазу сепаратора 3. Шестой степени свободы, возможности свободного вращения вокруг своей оси заготовка лишается за счет контакта образующей с упругим диском 2,компенсирующим разноразмерность заготовок роликов по диаметру и углу. Способ обработки – сквозной. Характер относительного движения – КС. Тип связи – НЖП. Обработка – периферией шлифовального круга.

В способе 2а2 (рис. 3) ось заготовки ролика в процессе круговой подачи описывает конус. Это дает возможность производить обработку роликов с Rсф>300 мм. В схеме базирования 2б опорная база, используемая для вращения заготовки ролика вокруг своей оси, расположена на ТМ. Схема базирования 2в представлена способом 2в1 (рис. 3). Для него характерно отсутствие в сепараторе 4 пазов. Заготовка ролика 1 базируется образующей по направляющей базе путем контакта с опорной конической поверхностью жесткого диска 3, приводится во вращение упругим элементом 7 на приводном диске 2, обеспечивающим силовое замыкание. Направляющая база, являющаяся одновременно и опорной базой, реализуется путем контакта ролика 1 по малому торцу с упором 6, имеющим двухточечный контакт.

В схеме 3а (рис. 3) заготовка ролика устанавливается образующей по направляющим базам (о.т. 1,2 и 3,4) и опорной базе (о.т. 5). Обрабатываемый сферический торец используется в качестве опорной базы для привода вращения заготовки ролика вокруг своей оси (о.т. 6). Сочетанию 4 соответствуют 5 схем базирования (рис. 4). В способе 4а1 заготовка 1 устанавливается в осевом направлении образующей по направляющей (о.т. 1,2) и опорной (о.т. 5) базам между коническими поверхностями жестких дисков 2 и 3. Диски приводят во вращение заготовку 1 вокруг своей оси и оси круговой подачи, образуя опорную базу (о.т. 6). Контакт ФМ с призмой 5 обеспечивает две опорных базы. Механизм компенсации погрешности между основной (О) и вспомогательной (ФМ) технологическими базами выполнен в виде подпружиненных амортизаторов 4 в основании призм 5, установленных на корпусе сепаратора 6. Ячейке 5 соответствуют 5 теоретических схем базирования. Привод вращения ролика осуществляется по ФБ от приводного упругого круга из фрикционного материала.

Сочетанию 6 соответствуют две схемы базирования (рис. 5). Особенностью данных схем является необходимость наличия с ТМ заготовок центровой фаски, обеспечивающей возможность установки заготовки на неподвижный либо вращающийся центр. Сочетанию 7 соответствуют две схемы базирования 7а и 7б. Базирование заготовки ролика со стороны обрабатываемого ТБ происходит путем контакта центрового отверстия заготовки с плавающим либо жестким центром.

Рис. 3. Схемы базирования 1а, 2а, 2б, 2в, 3б, известные способы реализации 1а1, 2а1, 2а2, 2б4 и предлагаемые способы 2б2, 2в1, 3б1

В сочетаниях 9 (58), 11 (60), 13 (62), 17 (66), 19 (68), 21 (70), 23 (72), 25 (74), 27 (76), 31 (80), 33 (82), 35 (84), 37 (86), 39 (88), 41 (90), 45 (94), 47 (96), 49 (98) отсутствует нормальное силовое замыкание. Сочетание 50, предполагающее бесцентровый метод базирования по скрытым базам, имеет одну схему базирования 50а и два возможных способа реализации: 50а1 для сквозного способа обработки (рис. 5), 50а2 для врезного штучного способа обработки. Реализацией схемы базирования 51а в виде возможного способа 51а1 стал способ шлифования сферических торцов конических роликов (Патент RU 2351454 C2). Основными преимуществами являются: базирование по скрытой базе – плоскости симметрии, проходящей через ось заготовки; минимальная длина кинематической цепи и минимальное количество подвижных элементов – 2. Все базирующие элементы (о.т. 1.2, 3, 4, 5) расположены на жестком диске 2. Упругий диск вращает заготовку вокруг своей оси и компенсирует погрешности формы и размера образующей (диаметр, угол, отклонение от круглости). Заготовка в процессе обработки имеет устойчивое положение и нормальное силовое замыкание. За счет прогиба упругого материала 6 площадь контакта с заготовкой увеличена. Заготовка легко устанавливается в приспособление. Конструкция предполагает простоту и легкость установки заготовки. Применен наиболее прогрессивный высокопроизводительный бесцентровый метод базирования и сквозное шлифование как наиболее производительное. Аналогичным образом были разобраны все 245 ячеек морфологического ящика (рис. 2).

Рис. 4. Схемы базирования 4а, 4б, 4в, 4г, 4д, 5а, 5б, 5в, 5г, 5д и предлагаемые способы реализации 4а1, 4б1, 4в1, 4г1, 4д1, 5б1, 5д1

Выводы: проведенный анализ позволил определить наиболее рациональные способы базирования заготовок при сферошлифовании и возможные способы их реализации. Выявлено 26 неизвестных ранее оригинальных способов базирования и предложены схемы их реализации. Сформулированы основные тенденции в развитии оборудования для шлифования сферических торцов роликов:

• 1.    Переход на прогрессивные бесцентровые методы базирования заготовки как обеспечивающие наибольшую производительность, качество и точность процесса шлифования. В первую очередь это касается производства серийных и массовых типов роликов. Применение центровых методов базирования оправдано при серийном и мелкосерийном производстве и обработке нестандартных роликов.

• 2.    Внедрение базирования заготовок по скрытым базам, обеспечивающим повышение точности установки не менее чем вдвое.

• 3.    Совмещение конструкторских баз ролика (О, ТБ), определяющих положение ролика в подшипнике и технологических, используемых при базировании ролика в процессе обработки.

• 4.    Использование в качестве базирующих поверхностей заготовки, имеющих наибольшую протяженность (О, ТМ, ТБ) для обеспечения минимальной погрешности установки.

• 5.    Использование сквозного способа обработки, вместо врезного, как имеющего наибольшую производительность. При отсутствии такой возможности, применение группового способа обработки.

• 6.    Разработка конструкций устройств, обеспечивающих компенсацию формы, размеров и взаимного расположения поверхностей заготовки.

• 7.    Уменьшение кинематической размерной цепи и сокращение числа взаимно подвижных базирующих элементов приспособления.

• 9.    Совмещение обработки с одной установки заготовки сразу нескольких операций шлифования, например, чистового и окончательного шлифования сферического торца.

• 10.    Внедрение технологии и разработка оборудования для одновременного шлифования рабочих поверхностей заготовки ролика: образующей и сферического торца, для обеспечения точности взаимного расположения в подшипнике.

  

  Рис. 5. Схемы базирования 6а, 6б, 7а. 7б, 8а, 50а, 51а, 53а и предлагаемые способы реализации 6а1, 6а2, 6б1, 6б2,7б2, 8а1, 50а1, 51а1, 53а1