Круглошлифовальные станки (КШС)

Шлифование часто является единственным способом получения точно изготовленной детали. Шлифование относится к первичным методам обработки металла. Со времен, когда средневековому японскому мастеру требовались порой годы, чтобы с помощью специальной ткани отшлифовать клинок катаны, шлифование, как технологический процесс, не претерпело принципиальных изменений и представляет собой обработку детали абразивным материалом для достижения требуемой точности.

     В современном станкостроении шлифовальное оборудование различают по расположению обрабатываемой детали, её форме, способу подачи и принципу вращения шлифовального круга. Выделяют следующие группы станков: плоскошлифовальные, бесцентрошлифовальные, внутришлифовальные и круглошлифовальные станки (КШС).

     Последние, предназначены для наружной и внутренней обработки цилиндрических, конических и торцевых поверхностей на деталях типа вал, втулка, ось, фланец, крышка и т. п. В КШС подача шлифуемой детали, закреплённой на специальном возвратно-поступательном столе, производится вручную, гидравликой или автоматической гидравликой (если станок оснащен ЧПУ); обработка осуществляется периодически поперечным перемещением шлифовального круга (алмаза) относительно заготовки. КШС, как и другое оборудование для металлообработки, не может быть универсальным и имеет свой типоряд.

     В отличие от большинства станков, ЧПУ в круглошлифовальных являются достаточно сложными системами, поскольку им приходится решать антагонистические задачи – достичь высокой точности шлифования детали при быстром изменении геометрии шлифовального круга. Для автоматизации шлифования в ЧПУ должны быть реализованы специальные условия: отслеживание размеров шлифовального круга, компенсация температурных деформаций детали, минимизация погрешности при перемещении по координатам и т.д. И всё это должно учитываться в реальном режиме времени.

     Решить такие задачи под силу системе типа CNC с управлением по Х-У-Z координатам. Но этим её возможности не ограничены – CNC способна управлять КШС с несколькими работающими шлифовальными кругами и обеспечивать позиционирование по 4–8 и более координатам  в так называемых бесцентровых круглошлифовальных станках. Для сведения: при обработке конусов или шаров число взаимно сочетаемых позиционируемых координат доходит до 19.

     Примером эффективного использования КШС с CNC является обработка многоступенчатых деталей типа шпинделей, валов электродвигателей, редукторов,  турбин, осуществляемых за одну установку на станок. Существенный выигрыш достигается за счет экономии времени в 1,5-2 раза, требуемого для крепления на столе станка исходной заготовки, съема после обработки и переустановки её для шлифования. Однако, они эффективны в массовом производстве, в котором программирование ЧПУ, хоть и трудоемкий процесс, но однократный. В мелком производстве от них лучше отказаться из-за чрезмерной сложности перепрограммирования и необходимости содержать инженеров высокой квалификации. Кроме бесцентровых круглошлифовальных, инженеры разработали торцекруглошлифовальные станки.

     Круглошлифовальные станки, активно использующиеся в России. Это, прежде всего, харьковские станки ОАО «Харвест», модели 3У131М и 3У142МВ, технологические функции которых ограничены наружным продольным (полуавтоматическим) и врезным (ручным) шлифованием цилиндрических и конических поверхностей.

     Из других производителей, котируемых на отечественных предприятиях, следует отметить Вильнюсский завод лифовальных станков со своими станками 3У10МАФ10 и 3У10МАФ10. Они, безусловно, более современны, чем их собратья с Украины, и сфера их возможностей распространяется на наружное и внутреннее шлифование цилиндрических, конических и торцевых поверхностей. Комплектация вильнюсских станков тоже достаточно привлекательна – от универсальных приспособлений до специального командоаппарата, обеспечивающего автоматизацию шлифования, бесступенчатое управление скоростей стола, частоту вращения внутреннего шпинделя.

     Среди российских производителей можно выделить АО «Майкопский станкозавод им. Фрунзе» и ОАО «Шлифверст» (г.Лубны).

     Известная фирма Studer (Швейцария) разработала круглошлифовальный станок S12 для скоростного шлифования (до 140 м/мин ), которое обеспечивается подачей круга из кубического нитрида бора со скоростью 30 м/мин, причём шаг – уникален: 10 нм. Не отстает и фирма Ulmer Werkzeugschleiftechnik, презентовавшая  станок SF40 Reinecker для шлифовки концов режущего инструмента из твердых сплавов со скоростью до 140 м/с. Особенностями его являются шпиндель мощностью 11 кВт, вращающийся круг диаметром 350 мм с частотой до 7500 оборотов в мин.

     Особый интерес вызывает оборудование фирмы Ewag AG. Это специализированные шлифовальные центры с ЧПУ EWAMATIC Line, обладающие уникальной кинематикой и шестью шпинделями, а также высокоточным устройством правки кругов. Остановимся на типичном для этой немецкой фирмы круглошлифовальном центре S33, иллюстрируемом на фотографии ниже, и, представляющим на наш взгляд оптимальный баланс по цене и технологическим функциям. S33 предназначен для единичной и мелкосерийной обработки шлифованием в инструментальном производстве и  точной механике.

     Кроме универсальных круглошлифовальных центров, в мире выпускается большое множество специализированных станков, например, модель HR фирмы Winsk™ Engineering Inc. (США), ориентированная исключительно на обработку вершин сверл. Станок прост и управляется копированием заданного профиля через кулачок к кругу, диаметром 305 мм. Он очень удобен для мелкосерийного производства.

     Другим специализируемым станком является PG 8, выпускаемым фирмой Vollmer Werke GmbH. Его профильная функция в обработке режущего инструмента из поликристаллических алмазов, кубического нитрида бора, твердых сплавов и керметов, т.е. особо прочных материалов. PG 8 укомплектован шестью осями с ЧПУ, тремя осями с ручным управлением, а также системой правки алмазного круга.

     Для шлифования режущих пластин любой геометрии фирма Agathon AG Maschinenfabrik выпускает 5-ти координатный станок. Подача пластин осуществляется специальным роботом. Этот станок обладает удобной системой программирования с функцией трехмерного моделирования шлифовки. 

     Шлифование, как процесс обработки металла, часто является единственным способом получения требуемой точности, поэтому, несмотря на широкую гамму уже выпускаемых в мире станков, их дальнейшее совершенствование – неизбежно, и пойдёт по пути усовершенствования систем контроля, позиционирования, управления и внедрения новых материалов шлифовальных кругов.

         Александр Ситников, www.Equipnet.ru