Шлифовальные станки – разновидности, назначение, особенности

Шлифовальный станок – это устройство, используемое для обработки заготовок из различных материалов абразивным инструментом и способное обеспечить шероховатость поверхности от 0,02 до 1,25 микрон. Шлифовальные станки, которые могут иметь различное конструктивное исполнение, позволяют эффективно решать задачи, связанные с обработкой поверхностей деталей, изготовленных из разных материалов.

Одна из многочисленных разновидностей шлифовальных станков

Применение шлифовальных станков

С помощью станка для шлифования можно осуществлять ряд технологических операций:

• шлифовку внутренних, а также наружных поверхностей деталей, имеющих различную форму и назначение;
• заточку инструментов различного назначения;
• обдирку, шлифование, а также отрезку отливок из металла, изделий со сложным профилем;
• обработку зубчатых деталей, а также деталей с резьбой;
• формирование на стальных прутках канавки шпоночного и спиралевидного типа.

Шлифовальный станок практически незаменим при работе с деталями, изготовленными из керамических и магнитных материалов и отличающимися сложностью обработки и высокой хрупкостью. Кроме того, шлифовальные станки способны выполнять технологические операции шлифовки и обдирки на высокоскоростных режимах, что делает такое оборудование эффективным и производительным. На этих станках можно в процессе обработки удалять с поверхности заготовки большое количество металла за короткий промежуток времени.

На видео ниже работа круглошлифовального станка с ЧПУ:

Все шлифовальные станки работают по одному принципу: обработка металла осуществляется за счет одновременного вращения абразивного круга и перемещения или вращения обрабатываемой детали. Рабочей поверхностью является периферия или торец абразивного круга, а заготовка движется по отношению к ней по прямолинейной или дуговой траектории. Любой шлифовальный станок содержит в своей конструкции несколько кинематических цепей, которые обеспечивают:

• передвижение рабочего стола в продольном и поперечном направлении, что возможно благодаря гидравлическому приводу;
• вращение рабочего инструмента – шлифовального круга, осуществляемое за счет индивидуального привода рабочего инструмента;
• подачу заготовки или инструмента в поперечном направлении за счет гидравлического или электромеханического привода;
• правку круга, которую можно выполнять вручную за счет использования электромеханической либо гидравлической системы;
• вращение заготовки или рабочего стола;
• подачу рабочего инструмента на глубину, что может выполняться за счет гидравлического или механического привода.

1.16.2. Особенности конструкции и проектирования станков для скоростного и обдирочного шлифования

С разработкой новых конструкций станков для абразивной обработки, новых абразивных материалов и инструментов, новых СОЖ и способов их подвода появляются условия для широкого внедрения в промышленность различных видов высокопроизводительного шлифования — скоростного и обдирочного, разновидностью которых являются высокоскоростное (ВСШ) и глубинное шлифование.

При проектировании станков, работающих по технологии высокоскоростном шлифовании (ВСШ), предусматривается использование:

• шлифовальных кругов стандартных типов (из корунда или карбида кремния на керамической или полимерной связке); окружные скорости круга составляют 60 — 120 м/с;
• шлифовальных кругов эльборовых на сверхтвердой связке; окружные скорости составляют до 150 м/с;
• стальных кругов с покрытием из эльбора на гальванической связке; окружные скорости составляют до 250 м/с.

Эффективность скоростного и, особенно, обдирочного шлифования (процессов с очень высокой тепловой напряженностью) в значительной степени зависят от отвода тепла из зоны обработки.

Высокие скорости резания, достигающие 250 м/с, обуславливают высокие динамические нагрузки на упругую систему станка. Поэтому строго регламентирован порядок подготовки и эксплуатации абразивного инструмента. Шлифовальные круги перед установкой на станок проходят испытания на разрывную прочность. Круги больших диаметров статически балансируются.

Шлифовальные станки оснащают устройствами для динамической балансировки кругов и текущего контроля их виброхарактеристики.

По мере износа шлифовальных кругов в процессе работы снижаются их окружная скорость и прочность. Поэтому допускается износ кругов не более 20 % диаметра.

Для поддержания постоянной скорости резания станки оснащают специальными статическими преобразователями электроэнергии с частотным регулированием по току.

В связи с высокой вероятностью разрыва кругов при работе, в станках предусматривают надежную защиту зоны обработки и блокировку открывания защитного кожуха.

Для обеспечения высокой точности обработки станки оснащают приборами активного контроля размера и системами адаптивного управления (в большинстве случаев — по мощности главного привода).

При работе с повышенными режимами шлифования для лучшего отвода шлама необходима подача увеличенного количества СОЖ в зону резания под давлением 0,5 — 1 МПа.

Конструкция станков должна быть кабинетного типа с полностью изолированной зоной резания, способной принять большое количество СОЖ.

На высокоскоростных и силовых станках используется двойная очистка СОЖ: предварительная с помощью гидроциклонов и окончательная — транспортерами с бумажной лентой. Для получения высокой точности обработки степень очистки СОЖ должна быть не более 5 мкм. На станках с закрытой зоной для отвода тепла применяют холодильные установки с фреоновыми или воздушными охладителями.

По сравнению с традиционными шлифовальными станками станки для ВСШ имеют ряд особенностей. Так, у них увеличена мощность привода вращения круга, обеспечивающая большие скорости съема металла; увеличена скорость врезания (подача на глубину) для получения больших скоростей съема металла; увеличена частота вращения (или продольного перемещения для плоскошлифовальных станков) детали для обеспечения оптимального отношения скорости круга к скорости детали (стола) v/vи = 60.

Классификация шлифовального оборудования

В зависимости от области применения станки для шлифования подразделяются на целый ряд типов.

Круглошлифовальные

Это оборудование предназначено для шлифовки цилиндрических (Ø 25–600 мм) и конических заготовок. Такие станки имеют в своей конструкции шпиндель, вращающийся в горизонтальной плоскости, который может передвигаться на специальных салазках. Деталь, требующая обработки, может зажиматься в патроне или между центрами задней и передней бабки.

Круглошлифовальный станок
Универсальные круглошлифовальные
Такие станки применяются для шлифования наружных и торцевых поверхностей цилиндрических заготовок (Ø 25–300 мм), а также деталей конической формы. Для выполнения обработки заготовки могут фиксироваться в центрах или в патроне.

Универсальный круглошлифовальный станок
Врезные круглошлифовальные
Шлифовальные станки этого типа используются для обработки цилиндрических (Ø 150–400 мм), конических и профильных заготовок, которые фиксируются в центрах оборудования. Обработка осуществляется за счет поперечного движения (врезания) абразивного круга.

Круглошлифовальный врезной станок
Бесцентровые круглошлифовальные
Обработка на таком оборудовании может выполняться по двум схемам: на проход (цилиндрические поверхности (Ø 25–300 мм)) и методом врезания (цилиндрические, конические и профильные поверхности). Отличительной особенностью шлифовальных станков данного типа является то, что в их конструкции не предусмотрены центры для фиксации заготовок.

Бесцентровый круглошлифовальный станок
Вальцешлифовальные
Сюда относятся станки для шлифования прокатных вальцов цилиндрической, конической и профильной конфигурации. Фиксация заготовок на станках этого типа осуществляется при помощи центров оборудования.

Вальцешлифовальный станок

Для шлифования шеек коленчатых валов

На таких станках, работающих по методу врезания, выполняют одновременную или последовательную шлифовку шатунных шеек коленчатых валов.

Станок для шлифования шеек коленчатых валов
Внутришлифовальные
Эти устройства позволяют обрабатывать цилиндрические и конические отверстия в широком интервале размеров (диаметром 1–10 см на настольном шлифовальном станке и до 100 см – на производственном).

Внутришлифовальный станок
Плоскошлифовальные
Обработка на таком оборудовании выполняется торцом или периферией абразивного круга. Шлифовальные станки этого типа могут оснащаться дополнительными устройствами, что дает возможность выполнять на них обработку заготовок из металла сложной конфигурации. В зависимости от расположения шпинделя плоскошлифовальные станки могут быть горизонтальными и вертикальными. В конструкции таких устройств также может быть предусмотрена одна или две колонны.

Плоскошлифовальный станок
Двухсторонние плоскошлифовальные
На этом оборудовании можно одновременно выполнять обработку двух плоских поверхностей, что значительно увеличивает его производительность. Такие шлифовальные станки, на которых обрабатываемые детали фиксируются на специальном подающем устройстве, могут быть вертикального или горизонтального типа.

Двухсторонний плоскошлифовальный станок
Для шлифовки направляющих
Максимальная длина направляющих, которые можно обрабатывать при помощи этих шлифовальных станков, составляет 1000–5000 мм. Направляющими таких типов оснащены станины, рабочие столы, салазки и другие узлы оборудования различного назначения.

Универсальные заточные

Такие шлифовальные станки служат для заточки различного инструмента с максимальным диаметром 100–300 мм (метчики, развертки, зенкеры, фрезы и др.). Технические возможности оборудования этого типа позволяют оснащать его дополнительными приспособлениями для обработки цилиндрических заготовок, а также для внутреннего и торцевого шлифования.

Универсальный заточной станок
Обдирочно-шлифовальные
Это шлифовальное оборудование применяют для обдирки и зачистки поверхности заготовок методом шлифования. На таких станках используются абразивные круги диаметром 100–800 мм.

Обдирочно-шлифовальный станок
Плоско-притирочные
Это шлифовальное оборудование применяется для выполнения притирки заготовок с плоскими и цилиндрическими поверхностями. Диаметр абразивных дисков, которые устанавливаются на таких станках, составляет 200–800 мм.

Плоско-притирочный станок
Кругло-притирочные
На этом оборудовании выполняют притирку калибровочного и измерительного инструмента, изготовленного из металла. Максимальный диаметр калибров и инструментов, которые можно обрабатывать на станках этого типа, – 50–200 мм.

Шлифовально-притирочные

С помощью такого оборудования выполняют притирку отверстий, максимальный диаметр которых составляет 100–300 мм.

Шлифовально-притирочный станок
Шлифовально-отделочные
Это станки, предназначенные для выполнения отделочных (притирочных) операций. На таких устройствах обрабатывают различные изделия из металла: коленчатые валы с максимальным диаметром 100–200 мм, шпиндели оборудования, поршни и др.

Полировальные

Такие станки служат для выполнения полировки деталей из металла. На этом универсальном оборудовании можно выполнять полировку плоских, цилиндрических, конических, внутренних поверхностей, а также заготовок сложной конфигурации. В качестве рабочего инструмента на этих станках может быть использован бесконечный ремень шириной 100–200 мм или мягкий полировальный круг диаметром 100–200 мм.

Шлифовально-полировальный станок
Хонинговальные
Существуют также хонинговальные станки, которые используются для выполнения тонкого шлифования (0,04–0,08 мм на диаметр).

Хонинговальный станок

Популярные модели

Востребованы в нашей стране тарельчатое, а также ленточно-тарельчатое шлифовальное оборудование торговых брендов «Энкор», Jet, «Зубр». Наряду с ними, свое оборудование предлагают такие именитые торговые марки, как Stalex и Einhell, Proma, Holzmann, «Кратон», «Белмаш». Наибольшее число модификаций представлено шлифовально-полировальными станками бренда Jet.

У покупателей наиболее популярными являются ленточно-тарельчатые агрегаты, сочетающие возможности разных типов шлифовальной обработки.

Делаем простейший шлифовальный станок своими руками

Учитывая тот факт, что серийное шлифовальное оборудование стоит недешево, есть смысл задуматься над тем, чтобы изготовить такой станок своими руками. Даже простейший самодельный станок, сделать который совсем несложно, позволит вам с высокой эффективностью и качеством выполнять шлифовку заготовок различной конфигурации.

Несущим элементом самодельного станка для выполнения шлифовальных работ является станина, на которой закрепляются два барабана и электрический двигатель. Для изготовления станины можно использовать толстый стальной лист, из которого вырезается площадка требуемого размера.

С двигателем все намного проще: его можно снять со старой стиральной машины, которая уже отслужила свой срок. Барабаны можно сделать наборными, для этого удобно использовать плиту ДСП, из которой вырезаются диски требуемого диаметра.

Простой самодельный станок из подручных средств

В качестве примера разберем последовательность действий по изготовлению самодельного шлифовального станка, станина которого имеет размеры 50х18 см. В первую очередь, из стального листа вырезают саму станину, а также рабочий стол, на котором будет закреплен электродвигатель. Размеры такого стола будут составлять примерно 18х16 см.

Важно, чтобы торцы станины и рабочего стола, которые будут соединяться, были обрезаны максимально ровно. Толстый лист металла, из которого вы будете изготавливать станину и рабочий стол, сложно разрезать вручную, поэтому лучше выполнить такую процедуру на фрезерном станке. В станине и рабочем столе необходимо просверлить по три отверстия и надежно соединить их при помощи болтов. Только после этого устанавливается двигатель и надежно соединяется с поверхностью рабочего стола таким образом, чтобы основание двигателя плотно прилегало к поверхности площадки.

Еще один самодельный станок, собранный «на коленке»

Выбирая электродвигатель для своего самодельного шлифовального оборудования, важно обращать внимание на мощность: она должна быть не ниже 2,5 кВт, а частота вращения – около 1500 об/мин. Если использовать привод с более скромными характеристиками, то станок будет обладать невысокой эффективностью. Можно избежать необходимости использования редуктора, если грамотно подобрать диаметры ведущего и натяжного барабана.

Выбирать диаметры барабанов следует в зависимости от того, с какой скоростью будет перемещаться абразивная лента. Так, если скорость движения ленты должна быть приблизительно 20 м/сек, то необходимо изготовить барабаны диаметром 20 см. Для установки натяжного барабана используется неподвижная ось, а ведущий фиксируется непосредственно на валу электродвигателя. Чтобы сделать вращение натяжного барабана более легким, используется подшипниковый узел. Площадку, на которой устанавливается натяжной барабан, лучше всего сделать с некоторым скосом, это обеспечит плавный контакт абразивной ленты с обрабатываемой заготовкой.

Вариант самоделки немного сложнее

Не составит особой сложности изготовить и барабаны для самодельного шлифовального станка. Для этого необходимо нарезать из ДСП квадратные заготовки размером 20 на 20 см, в центре каждой из которых просверливается отверстие. Затем эти заготовки собираются в пакет толщиной 24 см, который протачивается для формирования цилиндрического барабана диаметром 20 см.

Чтобы абразивная лента не проскальзывала на барабанах, на их поверхность можно натянуть широкие резиновые кольца, которые обычно нарезают из камеры велосипеда или мопеда. Ширина абразивной ленты, которую можно изготовить самостоятельно, должна составлять порядка 20 см.

Предназначение

Станки для внутреннего шлифования позволяют обрабатывать конические или цилиндрические, сквозные или глухие отверстия. Востребованы в отрасли машиностроения, так как их можно применять в производстве следующих изделий:

• зубчатых или гладких валов;
• шариковых либо роликовых подшипников;
• выступов или выемок для вставки уплотнительных колец внутри валов;
• режущих инструментов: фрез, свёрл, насадок, развёрток.

Внутришлифовальные станки могут использоваться в различных сферах производства, где требуется шлифование плоское, круглое внутреннее или наружное. За счёт возможности установки абразивных кругов нужной формы удаётся добиться оптимальной производительности, а также получить требуемый уровень шероховатости.

Оборудование позволяет выполнять следующие манипуляции:

• вращение диска вокруг оси относительно неподвижной детали;
• вращения заготовки, диск при этом не вращается;
• обеспечение продольной или поперечной подачи.

Технические характеристики

Характеристики станков для шлифовки внутренних поверхностей:

• диаметры обрабатываемых отверстий от 6 до 800 мм;
• частоты вращения двигателя от 12 тыс. об/мин. до 80 тыс. об/мин.;
• мощность электродвигателей от 1,5 до 11,5 кВт;
• длина хода шлифовальной бабки до 500 мм;
• частота вращения заготовки от 10 до 2000 об/мин;
• скорость шлифовки до 35 м/с;
• точность обработки до 1 мкм;
• шероховатость диска от 0,08 мкм.

Эксплуатация

При работе на шлифовальных станках нужно соблюдать следующие правила:

• диск и заготовка должны быть установлены плотно, соосно, без свободного вращения;
• уровень биений не должен превышать допустимых значений, указанных в техдокументации;
• обязательно использовать защитные щитки, чтобы предотвратить травматизм оператора;
• перед запуском нужно убедиться в работоспособности защитной системы;
• запрещено касаться руками вращающихся узлов, механизмов, заготовок;
• важно проводить техосмотры, замены повреждённых деталей, выполнять своевременную смазку;
• если предусмотрена система охлаждения, то требуется следить за её исправностью;
• недопустимо использование сильно изношенного круга или повреждённого;
• при обнаружении перегревов выше +600С нужно остановить работу, выяснить причину, устранить её;
• следует за один проход снимать оптимальный по размерам верхний слой, не вызывая перегрузок или сбоев в работе станка.

В случае нехватки мощности потребуется заменить двигатель на новый или установить редуктор либо коробку передач. Второй вариант является более выгодным, но при этом сложность конструкции возрастёт в несколько раз.