Виды и назначение шлифовальных станков

Что такое шлифовальный станок

Шлифовальные станки это металлорежущее оборудование, предназначенное для обработки деталей абразивными инструментами (шлифовальными кругами, лентами, пастами) с целью достижения высокой точности, гладкости поверхности или заданной формы.

Шлифовальные станки существуют более 170 лет.

В отличие от других станков (токарных, фрезерных), использующих инструменты с чётко определенными режущими кромками, шлифовальный работает с помощью абразивного инструмента. Они обеспечивают высокое качество отделки, даже если детали хрупкие, например выполнены из керамики. Оборудование этого типа работает быстро и точно, что позволяет его использовать даже в многосерийном производстве, где важно обеспечивать высокую производительность.

Назначение и принцип работы шлифовального станка

Шлифование - самый распространённый вид абразивной обработки, обеспечивающий точность 6-8-го квалитетов и шероховатость Ra=0,32-0,02 мкм.Оно основываетсяна абразивной резке, когда мелкие зерна шлифовального круга последовательно срезают микрослои металла с поверхности детали. Абразивный инструмент с достаточно большой скоростью движется по поверхности заготовки. Причём каждый участок заготовки обрабатывается повторно несколько десятков раз (рабочие ходы). Заготовка может двигаться по дуговой или прямолинейной траектории, а может быть неподвижной.

В конструкции станков входят кинематические цепи, обеспечивающие: подачу заготовки в поперечном направлении; перемещение рабочего стола в поперечном и продольном направлениях; вращение шлифовального инструмента; вращение заготовки и подачу рабочего инструмента; правку шлифовального инструмента.

Для шлифовки используют шлифовальные круги, головки, сегменты, бруски. Эти инструменты характеризуются типом абразивного материала, его зернистостью, твёрдостью, структурой, связкой, конструктивными формами, размерами. Зерна инструмента выполняют из корунда и электрокорунда, синтетических алмазов, карбидов кремния, нитридов бора и других материалов.

Назначение шлифовальных станков:

• достижение высокой точности размеров (до 0,001 мм), которую очень сложно получить другими способами обработки;
• получение минимальной шероховатости поверхности (Ra 0,4 – 0,02 мкм) что снижает трение между деталями, повышает износостойкость и долговечность деталей;
• коррекции формы после термообработки и обработка сверхтвёрдых материалов (керамика, твёрдые сплавы). Благодаря высокой жёсткости абразивных зёрен, шлифование является единственным эффективным способом обработки таких материалов;
• получение точных геометрических форм детали;
• заточка инструментов (резцов, свёрл, ножей).

Основные виды шлифовальных станков

Классификация шлифовальных станков в первую очередь делит их на две большие группы по виду обрабатываемого материала. А в середине групп станки делятся по форме обрабатываемых деталей.

1. Шлифовальные станки по металлу. 

- Плоскошлифовальные станки в соответствии с названием производят обработку плоских поверхностей деталей. Могут быть с горизонтальным или вертикальным шпинделем и прямоугольным (обратно-поступательным) или круглым (вращающимся) столом. Наиболее распространены с горизонтальным шпинделем и прямоугольным столом. Ограничены обработкой только плоскими поверхностями (хотя возможна обработка наклонных поверхностей с помощью поворотных приспособлений). Сходную кинематику и принцип работы имеют продольно-шлифовальные станки.

Обработка торцов бочонков на магнитном столе плоскошлифовального станка

- Круглошлифовальные станки предназначены для обработки наружных цилиндрических и конических поверхностей тел вращения. Во многих вариантах конструкций такие станки могут обрабатывать и внутренние поверхности. Бывают центровые и бесцентровые. Помимо случаев массового производства почти всегда ставят именно центровые круглошлифовальные станки. В них деталь закрепляется между центрами или в патроне, что обеспечивает высокую точность соосности. Возможно шлифование длинных валов, ступенчатых поверхностей, а также некоторых универсальных моделях станков внутренних отверстий.

Обработка цилиндрической поверхности на круглошлифовальном станке

Интересный факт: в бесцентровых круглошлифовальных станках деталь не закрепляется жёстко, а удерживается между двумя вращающимися кругами и опорной линейкой.

- Внутришлифовальные станки обрабатывают внутренние цилиндрические и конические поверхности, а также отверстия. Имеют высокоскоростной шпиндель для небольших шлифовальных кругов или шлифовальных головок.

Обработка отверстия на внутришлифовальном станке

- Производственные шлифовальные станки (комплексы) охватывают оборудование, разработанное для высокопроизводительного, точного и автоматизированного шлифования деталей в промышленных масштабах. Например, для шлифования турбинных лопаток используют 5-и осевые роботизированные комплексы.

- Заточные станки применяются для заточки и восстановления режущего инструмента (свёрл, фрез, резцов, пил и т.п.). Оснащаются разнообразными приспособлениями для точного крепления инструмента и выставления необходимых углов заточки. Используют разные типы шлифовальных кругов в зависимости от материала инструмента (алмазные, эльборовые). Требуют квалифицированного станочника.

- специализированные шлифовальные станки только для конкретных типов деталей. В эту категорию входят множество вариантов. Мы приведём только несколько из них. Зубошлифовальные для чистовой обработки зубьев шестерен после термической обработки. Резьбошлифовальные для обработки точных резьб (например, ходовых винтов, калибров). Коленчато-валковые шлифовальные.

Интересный факт: ранее в группу шлифовального оборудования входили притирочные, полировальные, хонинговальные, доводочные станки. Но сейчас их обособляют в отдельную групу.

2. Шлифовальные станки по дереву. Оборудование для шлифования древесины, ДСП, МДФ и других древесных материалов отличается от металлорежущих станков более мягкой обработкой, специфическими абразивами и зачастую ручным управлением. Они придают поверхности гладкости или готовят её к покраске/лакировке.

Они бывают: ленточношлифовальные, дисковые шлифовальные, барабанные шлифовальные, вибрационные (плоские) и эксцентриковые.

Практически все современные шлифовальные станки оборудуются числовым программным управлением (ЧПК) что существенно увеличивает их точность, производительность и способность к автоматизации. Внедрение такого оборудования позволяет обрабатывать детали со сложными профилями с высокой точностью, автоматизировать процесс и получать высокую производительность. Для промышленного производства, где требуются высокое качество, скорость и точность, шлифовальные станки ЧПУ являются фактически стандартом.

Где могут использоваться шлифовальные станки

Шлифовальные станки находят применение в различных отраслях промышленности благодаря их способности обеспечивать высокую точность обработки и качество поверхности.

• Машиностроение. Шлифовка валов, осей, втулок, фланцев, корпусных деталей, зубчатых колес для достижения необходимых размеров, геометрической точности и чистоты поверхности. Шлифовка штоков, цилиндров, клапанов для обеспечения герметичности, плавного движения и долговечности гидравлических систем.
• Авиационная и космическая промышленность. Шлифование турбинных лопаток, обработка деталей реактивных двигателей, изготовление прецизионных компонентов для космической техники, где допуска измеряются микрометрами, а любой дефект поверхности может привести к катастрофическим последствиям.
• Медицинское производство. Обработка имплантатов (особенно титановых), изготовление хирургических инструментов, производство стоматологических компонентов
• Оборонная промышленность. Изготовление высокоточных компонентов оружия, боеприпасов и военной техники, где надёжность и точность критически важны.
• Инструментальное производство. Заточка резцов, фрез, свёрл. Изготовление штампов и пресс-форм, измерительных инструментов.
• Электроника и точная механика. Производство прецизионных валов для микродвигателей, обработка компонентов оптических систем, изготовление деталей для полупроводникового оборудования.
• Ремонтное и сервисное производство. Восстановление изношенных деталей, в том числе методом наплавки поверхностей, обслуживание промышленного оборудования.
• Автомобилестроение. Серийная шлифовка элементов трансмиссии, поршней, распределительных валов.
• Деревообработка.
• Ювелирное дело.

Как выбрать шлифовальный станок: советы от экспертов Abplanalp

Выбор шлифовального станка – это ответственное решение, зависящее от многих факторов. Далее описана пошаговая инструкция по выбору под машиностроительное производство.

1. Вам действительно необходим шлифовальный станок, если точность поверхности по чертежу составляет 9-10 квалитета и точнее, а шероховатость – Ra1,6 или лучше. В некоторых случаях вы можете обойтись чистовым фрезерованием, но достижение 6-8 квалитета однозначно требует шлифования.
2. Далее вы должны определить геометрию поверхностей, требующую обработки. От этого зависит тип станка.Плоские поверхности: плоскошлифовальный станок. Обычно с горизонтальным шпинделем и прямоугольным столом. Наружные цилиндрические и конические поверхности (валы, оси): круглошлифовальный станок. Для массового производства одинаковых деталей агрегатный шлифовальный (в случае деталей с одной цилиндрической поверхностью – бесцентрово -шлифовальный).Внутренние цилиндрические и конические поверхности (отверстия): внутришлифовальный станок.Режущий инструмент (сверла, фрезы, резцы): заточной станок.Сложные стандартизированные профили (зубчатые колеса, резьбы, шлицы, коленчатые валы): специализированный шлифовальный станок (зубошлифовальный, резьбошлифовальный, станки для коленчатых валов и т.п. ) .
3. Также вы должны определиться с максимально габаритными заготовками, требующими шлифовки. И выбрать только те станки, в которых рабочая зона больше, чем эти заготовки. Уже на этом пункте у вас остаётся буквально по 1-3 варианта каждого бренда.
4. Проверьте каждый из этих вариантов не превышает ли ваша самая тяжёлая заготовка максимальную массу заготовки по характеристикам станка.
5. Определите максимальную точность, которая вам потребуется по чертежам. Если точность составляет 6 квалитет (или 7-6 класс точности для зубчатых колёс), то рекомендуется выбирать прецизионные шлифовальные станки. При этом для достижения стабильности производства вам возможно потребуется активный контроль – когда размер детали контролируется непосредственно во время обработки.
6. Старайтесь выбирать оборудование только с числовым программным управлением. Оно даст вам огромные преимущества сейчас и в будущем.
7. Смотрите на дополнительные настройки, которые есть в станке. Например, опция HSG способствует повышению производительности благодаря скорости периферической шлифовки до 140 м/с. Для использования HSG её должен поддерживать шлифовальный круг. В то же время вам, например, не всегда нужна система подачи смазочно-охлаждающей жидкости, если вы собираетесь шлифовать только чугунные заготовки.
8. При выборе брендов обращайте внимание на гарантийные сроки и доступность сервисного обслуживания. Это сложное оборудование, которое в любом случае потребует сервисного обслуживания.

Помимо технологической оснастки (патронов, магнитных плит), кроме систем подачи смазочно-охлаждающей жидкости не забывайте о дополнительном оборудовании, обычно не идущем в комплекте. Это пылеподавление, обеспечивающее концентрацию металлической пыли в помещении не выше 5 мг/м³. Также это системы правки шлифовальных кругов алмазным инструментом (иногда входят в состав шлифовального станка). Это системы активного контроля и многое другое.

В помещении также очень важно обеспечить соответствующие паспорту станка температуру и влажность. Очень важна не только сама температура, но и градиент её изменения во времени (сквозняки). На шлифовальные станки не должны попадать прямые солнечные лучи. Также нужно устранить вибрацию фундамента от соседнего оборудования. Прецензионные станки также требуют качественного электрического питания. При несоблюдении этих условий невозможно добиться высокой точности обработки заготовок.

Выводы

Шлифовальные станки представляют собой незаменимый элемент современного производства, обеспечивая финальную, высокоточную обработку деталей. Их роль критична там, где другие методы механической обработки не могут достичь требуемого качества, точности или детали изготовлены из очень твёрдых материалов.

Выбор шлифовального станка и дополнительного оборудования к нему – это комплексная задача, требующая учёта типа материала, необходимой точности, объёмов производства. Однако правильный выбор гарантирует высокое качество продукции и эффективность производственного процесса.