Види та призначення шліфувальних верстатів

Що таке шліфувальний верстат

Шліфувальні верстати це металорізальне обладнання, яке призначене для обробки деталей абразивними інструментами (шліфувальними кругами, стрічками, пастами) з метою досягнення високої точності, гладкості поверхні або заданої форми.

Шліфувальні верстати існують більше 170 років

На відміну від інших верстатів (токарних, фрезерних), які використовують інструменти з чітко визначеними різальними кромками, шліфувальний працює за допомогою абразивного інструменту. Вони забезпечують відмінну якість обробки, навіть якщо деталі крихкі, наприклад виконані з кераміки. Обладнання цього типу працює швидко і точно, що дозволяє використовувати його навіть у багатосерійному виробництві, де важливо забезпечувати високу продуктивність.

Призначення та принцип роботи шліфувального верстата

Шліфування - найпоширеніший вид абразивної обробки, який забезпечує точність 6-8-го квалітетів та шорсткість Ra= 0,32-0,02 мкм.Воно ґрунтуєтьсяна абразивному різанні, коли дрібні зерна шліфувального круга послідовно зрізають мікрошари металу з поверхні деталі. Абразивний інструмент з досить великою швидкістю рухається вздовж поверхні заготовки. Причому кожна ділянка заготовки оброблюється повторно декілька десятків раз (робочі ходи). Заготовка може рухається по дуговій чи прямолінійній траєкторії, а може бути нерухомою.

В конструкції верстатів входять кінематичні ланцюги, які забезпечують: подачу заготовки у поперечному напрямку; пересування робочого столу у поперечному та поздовжньому напрямках; обертання шліфувального інструменту; обертання заготівлі та подачу робочого інструменту; правку шліфувального інструменту.

Для шліфування використовують шліфувальні круги, головки, сегменти, бруски. Ці інструменти характеризуються типом абразивного матеріалу, його зернистістю, твердістю, структурою, зв'язкою, конструктивними формами, розмірами. Зерна інструменту виконують з корунду та електрокорунду, синтетичних алмазів, карбідів кремнію, нітридів бору та іншого.

Призначення шліфувальних верстатів:

• досягнення високої точності розмірів (до 0,001 мм), які дуже складно отримати іншими методами обробки;
• отримання мінімальної шорсткості поверхні (Ra 0,4 - 0,02 мкм) що знижує тертя між деталями, підвищує зносостійкість і довговічність деталі;
• корекції форми після термообробки та обробка надтвердих матеріалів (кераміка, тверді сплави). Завдяки високій твердості абразивних зерен, шліфування є єдиним ефективним способом обробки таких матеріалів;
• отримання точних геометричних форм деталі;
• заточування інструментів (різців, свердел, ножів).

Основні види шліфувальних верстатів 

Класифікація шліфувальних верстатів в першу чергу ділить їх на дві великі групи по виду матеріалу, що оброблюється. А в середині груп верстати діляться за формою оброблюваних деталей.

1. Шліфувальні верстати для металу.

- Плоскошліфувальні верстати відповідно до назви проводять обробку плоских поверхонь деталей. Можуть бути з горизонтальним або вертикальним шпинделем, та з прямокутним (зворотно-поступальним) або круглим (обертовим) столом. Найбільш поширені з горизонтальним шпинделем і прямокутним столом. Обмежені обробкою лише плоскими поверхнями (хоча можлива обробка похилих поверхонь за допомогою поворотних пристосувань). Схожу кінематику і принцип роботи мають поздовжньо-шліфувальні верстати.

Обробка торців бочонків на магнітному столі плоскошліфувального верстату

- Круглошліфувальні верстати призначенні для обробки зовнішніх циліндричних і конічних поверхонь тіл обертання. В багатьох випадках конструкції такі верстати можуть оброблювати і внутрішні поверхні. Бувають центрові та безцентрові. Крім випадків масового виробництва майже завжди ставлять саме центрові круглошліфувальні верстати. В них деталь закріплюється між центрами або в патроні що забезпечує високу точність співвісності. Можливо шліфування довгих валів, ступінчастих поверхонь, а також на деяких універсальних моделях внутрішніх отворів.

Обробка циліндричної поверхні на круглошліфувальному верстату

Цікавий факт: у безцентрових круглошліфувальних верстатах деталь не закріплюється жорстко, а утримується між двома обертовими кругами та опорною лінійкою.

- Внутрішньошліфувальні верстати оброблюють внутрішні циліндричні і конічні поверхні, а також отвори. Мають високошвидкісний шпиндель для невеликих шліфувальних кругів або шліфувальних головок.

Обробка отвору на внутрішньошліфувальному верстату

- Виробничі шліфувальні верстати (комплекси) охоплюють обладнання, розроблене для високопродуктивного, точного та автоматизованого шліфування деталей у промислових масштабах. Наприклад для шліфування турбінних лопаток використовують 5-и осьові роботизовані комплекси.

- Заточувальні верстати застосовуються для доведення та відновлення різального інструменту (свердел, фрез, різців, пил тощо). Оснащуються різноманітними пристосуваннями для точного кріплення інструменту та виставлення необхідних кутів заточування. Використовують різні типи шліфувальних кругів залежно від матеріалу інструменту (алмазні, ельборові). Вимагають кваліфікованого верстатника.

- Спеціалізовані шліфувальні верстати тільки для конкретних типів деталей. В цю категорію входять велика кількість варіантів. Ми наведемо тільки декілька прикладів. Зубошліфувальні для чистової обробки зубів шестерень після термічної обробки. Різьбошліфувальні для обробки точних різьб (наприклад, ходових гвинтів, калібрів). Колінчасто-валкові шліфувальні.

Цікавий факт: раніше у групу шліфувального обладнання входили притиральні, полірувальні, хонінгувальні, доводочні верстати. Але зараз їх відокремлюють.

2. Шліфувальні верстати для дерева. Обладнання для шліфування деревини, ДСП, МДФ та інших деревних матеріалів відрізняється від металорізальних верстатів більш м'якою обробкою, специфічними абразивами та часто ручним керуванням. Вони надають поверхні гладкості, або готують її до фарбування/лакування.

Вони бувають: стрічковошліфувальні, дискові шліфувальні, барабанні шліфувальні, вібраційні (плоскі) та ексцентрикові.

Майже всі сучасні шліфувальні верстати обладнуються числовим програмним керуванням (ЧПК) що значно підвищує їх точність, продуктивність і можливості автоматизації. Впровадження такого обладнання дає можливість оброблювати деталі зі складними профілями з високою точністю, автоматизувати процес та отримувати високу продуктивність. Для промислового виробництва, де потрібні висока якість, швидкість і точність, шліфувальні верстати ЧПК є фактично стандартом.

Де можуть використовуватися шліфувальні верстати

Шліфувальні верстати знаходять застосування у різноманітних галузях промисловості завдяки їхній здатності забезпечувати високу точність обробки та якість поверхні.

• Машинобудування. Шліфування валів, осей, втулок, фланців, корпусних деталей, зубчастих коліс для досягнення необхідних розмірів, геометричної точності та чистоти поверхні. Шліфування штоків, циліндрів, клапанів для забезпечення герметичності, плавного руху та довговічності гідравлічних систем.
• Авіаційна та космічна промисловість. Шліфування турбінних лопаток, обробка деталей реактивних двигунів, виготовлення прецизійних компонентів для космічної техніки, де допуски вимірюються мікрометрами, а будь-який дефект поверхні може призвести до катастрофічних наслідків.
• Медичне виробництво. Обробка імплантатів (особливо титанових), виготовлення хірургічних інструментів, виробництво стоматологічних компонентів
• Оборонна промисловість. Виготовлення високоточних компонентів зброї, боєприпасів та військової техніки, де надійність та точність є критично важливими.
• Інструментальне виробництво. Заточка різців, фрез, свердел. Виготовлення штампів і прес-форм, вимірювальних інструментів.
• Електроніка та точна механіка. Виробництво прецизійних валів для мікродвигунів, обробка компонентів оптичних систем, виготовлення деталей для напівпровідникового обладнання.
• Ремонтне та сервісне виробництво. Відновлення зношених деталей, в тому числі і методом наплавлення поверхонь, обслуговування промислового обладнання.
• Автомобілебудування. Серійне шліфування елементів трансмісії, поршнів, розподільних валів.
• Деревообробка.
• Ювелірна справа.

Як вибрати шліфувальний верстат: поради від експертів Abplanalp

Вибір шліфувального верстата – це відповідальне рішення, яке залежить від багатьох факторів. Надаємо покрокову інструкцію вибору під машинобудівне виробництво.

1. Вам дійсно необхідний шліфувальний верстат якщо точність поверхні по кресленню становить 9-10 квалітету і точніше, а шорсткість – Ra1,6 чи гладкіше. В деяких випадках ви можете обійтись чистовим фрезеруванням, але досягнення 6-8 квалітету однозначно потребує шліфування.
2. Далі ви повинні визначити геометрію поверхонь, що потребує оброблення. Від цього залежіть тип верстату.Плоскі поверхні: плоскошліфувальний верстат. Зазвичай з горизонтальним шпинделем та прямокутним столом.Зовнішні циліндричні та конічні поверхні (вали, осі): круглошліфувальний верстат. Для масового виробництва однакових деталей агрегатний шліфувальний (у випадку деталей з однією циліндричною поверхнею – безцентрово-шліфувальний).Внутрішні циліндричні та конічні поверхні (отвори): внутрішньошліфувальний верстат.Ріжучий інструмент (свердла, фрези, різці): заточувальний верстат.Складні стандартизовані профілі (зубчасті колеса, різьбі, шліци, колінчасті вали): спеціалізований шліфувальний верстат (зубошліфувальний, різьбошліфувальний, верстати для колінчастих валів тощо).Складні нестандартні профілі (медичні протези, лопатки турбін, спеціальні кулачки): виробничі шліфувальні верстати.
3. Також ви повинні визначитися з максимально габаритними заготовками, що потребують шліфування. І вибрати тільки ті верстати, в яких робоча зона більше ніж ці заготовки. Вже на цьому пункті у вас залишається буквально по 1-3 варіанту кожного бренду. 
4. Перевірте кожний з цих варіантів чи не перевищує ваша найважча заготовка максимальну масу заготовки по характеристикам верстату.
5. Визначте максимальну точність, що вам буде потрібна по кресленням. Якщо точність становить 6 квалітет (або 7-6 клас точності для зубчатих коліс), то вам рекомендується вибирати прецизійні шліфувальні верстати. При цьому для досягнення стабільності виробництва вам буде потрібний активний контроль – коли розмір деталі контролюється безпосередньо під час обробки.
6. Намагайтесь вибирати обладнання лише з числовим програмним керуванням. Воно дасть вам величезні переваги зараз і в майбутньому.
7. Дивиться на додаткові опції, які є у верстаті. Наприклад, опція HSG сприяє підвищенню продуктивності завдяки швидкості периферійного шліфування до 140 м/с. Для використання HSG її потрібен підтримувати шліфувальний круг. В той же час вам, наприклад, не завжди потрібна система подачі змащувально-охолоджувальної рідини, якщо ви збираєтесь шліфувати лише чавунні заготовки.
8. При виборі між брендами звертайте увагу на гарантійні строки та доступність сервісного обслуговування. Це складне обладнання, що в будь-якому випадку буде потребувати сервісного обслуговування.

Крім технологічної оснастки (патронів, магнітних плит), крім систем подачі змащувально-охолоджувальної рідини не забувайте про додаткове обладнання, яке зазвичай не йде в комплекті. Це пилоуловлювальні системи які забезпечують концентрацію металевого пилу в приміщенні не вище 5 мг/м³. Також це системи правки шліфувальних кругів алмазним інструментом (інколи входять в состав шліфувального верстату). Це системи активного контролю і багато іншого.

В приміщенні також дуже важливо забезпечити відповідні до паспорту верстату температуру і вологість. Дуже важлива не тільки сама температура, но і градієнт її зміни у часі (протяги). На такі верстати не повинні попадати прямі сонячні промені. Також треба усунути вібрації фундаменту від сусіднього обладнання. Прецензійні верстати також вимагають якісного електричного живлення. При недотриманні цих умов неможливо досягти високої точності обробки заготовок.

Висновки

Шліфувальні верстати є незамінним елементом сучасного виробництва, забезпечуючи фінальну, високоточну обробку деталей. Їхня роль критична там, де інші методи механічної обробки не можуть досягти необхідної якості, точності або деталь виготовлена з дуже твердих матеріалів.

Вибір шліфувального верстата та додаткового обладнання до нього – це комплексне завдання, що вимагає врахування типу матеріалу, необхідної точності, обсягів виробництва. Проте, правильний вибір гарантує високу якість продукції та ефективність виробничого процесу.