Полное руководство по шлифовальным станкам плоского шлифования: особенности, применение, преимущества

Основы

Шлифовальный станок плоского шлифования — один из самых распространенных типов шлифовальных станков. Обрабатывает разные металлы и неметаллы, требующие чистой гладкой поверхности. Почему плоское шлифование популярно? При фрезеровании или точении допуски и качество поверхности ухудшаются из-за износа режущих пластин. Абразивное колесо можно правять (dressing), сохраняя острые кромки — стабильная чистка и высокая размерная точность.

Главная цель — финишная обработка изготовленной детали. Точный инструмент: фиксированное вращающееся абразивное колесо срезает слой металла, зажатого в тиски. Стол магнитный — удерживает заготовку. Магниты включаются рычагом на лицевой панели. Стол движется автоматически (туда-сюда) или вручную.

Плоское шлифование — распространенная финишная технология для точной гладкой поверхности. Качество и практичность делают её надежной для разного применения. Техники могут менять форму круга и абразив под разные материалы: металлы, керамику, твердые сплавы, оптические материалы. В отличие от других методов, шлифует сверхтвердые и абразивные материалы.

Сегодня плоское шлифование часто связывают с ЧПУ для большей точности и эффективности. Видео демонстрации высокого уровня ЧПУ-шлифовального станка Equiptop.

Конструкция и ключевые компоненты

Структура проста. Основные части: стол, шлифовальный круг, силовая система, рама. Рама объединяет все компоненты и вспомогательное оборудование. В зависимости от применения — дополнительные приспособления.

Стол (Worktable)
Рабочая поверхность. Здесь устанавливается заготовка и происходит шлифование. На столе фикстура или зажимное устройство для удержания детали. Типовые зажимы: патроны и тиски. Стол движется горизонтально во время шлифования.

Продольная подача обычно гидравлическая, поперечная — электро-гидравлическая или ручная.

Шлифовальный круг (Grinding Wheel)
Режущий инструмент. Абразивный диск с зернами (grains) — режущими кромками. Размер и материал зiaren определяют применение. Меньшие зерна — тоньше и гладче поверхность. Помимо размера зiaren, влияют скорость подачи и вращения.

Круг — критически важный компонент. Вращается в головке шпинделя, высота регулируется. Состояние и материал круга определяют производительность. Обычно из оксида алюминия, кубического бора нитрида, карбида кремния, алмаза. Наиболее экономный оксид алюминия — самый популярный.

Для снижения цены и повышения функциональности используют менее дорогие альтернативы в ядре кругов из кубического нитрида бора и алмаза. Алмазные и CBN-круги идеально сильны для керамики, твердых сплавов, трудных для других абразивов материалов. Для поддержания круга в лучшем состоянии используют правки (dressers) для обновления поверхности и балансировочные стенды для обнаружения и исправления дисбаланса по толерансам, параллельности, концентричности, износу.

Силовая система (Power System)
Раньше станок управляли вручную: токарь постоянно включал/выключал круг штангой или винтом. Ограничивало качество, эффективность, точность. Сегодня высокоточные шлифовальные для тяжелых проектов дают стабильную мощность и скорость. Электрический вращательный мотор — основной источник для большинства ЧПУ-шлифовальных.

Контроллер (Controller)
Для автоматической высокоточной и эффективной обработки многие точные шлифовальные используют ЧПУ для полного контроля глубины реза и искр. Значения заранее заданы и просто настраиваются. Последний цикл можно сохранить и повторить. Сервоуправление дает отличную чистоту поверхности и критические размеры.

Патрон/Зажим (Chuck)
Удерживает обрабатываемые детали. В точных шлифовальных широко используется магнитный патрон. Может быть электромагнитным или постоянным (ручное управление).

СОЖ и смазка (Coolant and Lubricants)
Смазка необходима: упрощает резание и поверхность круга, удаляет металлическую стружку. Иногда охлаждает круг и заготовку. Подается прямо в зону шлифования, чтобы вращение не сносило жидкость. Распространенные СОЖ: водорастворимые масла, нефтяные, синтетические, химические флюиды.

Типы шлифовальных станков плоского шлифования

Три базовых типа: горизонтальные, вертикальные, дисковые. Главное отличие — как круг контактирует с заготовкой.

Круги горизонтального шпинделя висят над столом. Контактирует только плоская внешняя кромка круга с зажатым в патрон объектом. Малая площадь контакта — высокая точность каждый раз, поэтому для мелких элементов.

● Горизонтальный шпиндель
Самый распространенный в промышленности. Лучше для высокоточной работы: конические/конусные поверхности, пазы, впадины. Примеры: шплинты, поршни, штанги, обоймы подшипников.

● Вертикальный шпиндель
Для быстрого удаления материала. Главное отличие — торцевая часть круга работает по плоской поверхности, а не кромка. Идеальны для статоров, плит, роторов, шестерен, внутренних колец, плит, упоров и распорок.

Устройство: плоская кромка круга касается заготовки. Результат — плоская форма с гладкой поверхностью. Благодаря конфигурации применяются где нужна плоская поверхность, включая точную обработку диагоналей, пазов. Вертикальный шпиндель вверх-вниз. Круг лежит горизонтально на нижней части шпинделя — вся ширина круга работает. Для больших панелей/плит или быстрого удаления большого объема материала.

● Одно- и двухдисковые
Могут быть в горизонтальных и вертикальных моделях. Дисковые имеют большую площадь контакта и шлифуют обе стороны сразу. Идеальны: роторы, плиты, распорки, шестерни, шайбы.

Принцип работы и функционирование

При включении круг вращается с высокой скоростью. Заготовка закреплена на нужной высоте, круг позиционируется чуть выше. Стол движется бок в бок, рабочий стол слегка поднимается для контакта круга с заготовкой. Стол также движется вперед-назад для более равномерного шлифования.

Круг не обязан быть идеально прямым. Для специального рисунка на поверхности можно использовать круг с кастомным профилем или выфрезеровать рисунок на прямом круге.

Видео иллюстрирует движение круга и стола.

Применение

Основные отрасли:

● Авиация
Обработка труднобрабатываемых высокотемпературных материалов для двигателей. Турбинные кольца, валы, внутренние/внешние обоймы — типичные детали.

● Станкостроение
Шлифовальные в станкостроении: главные валы, линейные направляющие, шарикоподшипниковые винты, индексаторы, роликовые подшипники, ноков, зубчатые рейки, клапанные сердечники.

● Формовочное и штамповочное производство
Резьбовые штампы, штамповки, гнущие прессы, волочильные штампы, катаные штампы, вставки и многое другое.

Другие инструменты: 3- и 4-щековые патроны, формованные лезвия, ступенчатые сверла, сверло-резьбонарезцы, резец, резьбонарезцы, кольцевые калибры. Патроны для инструментов — еще категория, часто использующая плоское шлифование.

Повышение производительности шлифовального станка

Установка и первичное ТО

Прошлифуйте стол станка глубоко и ровно, удалив ржавчину. Дно электромагнитного патрона также шлифуют: ~0,00002 дюйма на 6 дюймов длины патрона. Тонкий слой масла между поверхностями, затягиваете правый болт, потом левый. Шасси имеет болт только с одной стороны — позволяет патрону двигаться при термических изменениях, минимизируя неравномерность.

Плановое ТО шлифовального круга

Эти шаги ежегодно в нашей мастерской из-за накопления ржавчины между патроном и станиной. Выбор и балансировка круга: выбирайте круг, не вносящий давления или тепла в заготовку. Поставщик поможет. Балансировка критична: не сбалансированный круг — плохая чистота поверхности и сокращенный ресурс шпиндельного подшипника.

В течение жизни круга и станка баланс проверяйте регулярно — диаметр уменьшается, баланс меняется. По опыту, минимальный размер алмаза — 0,5 карата на дюйм поверхности круга. Крупный алмаз — лучше теплоотвод, дольше служит, быстрее правка за счет большего контакта. Алмаз устанавливают под ~10° к положению круга. Минимизируйте длину штанги, закрепляйте максимально жестко. Используйте много СОЖ. Поворачивайте алмаз к острой поверхности для лучшей производительности.