Патент на изобретение №2172235

(54) СПОСОБ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к алмазно-абразивной обработке широкого класса материалов и может быть использовано в оптико-механической, электронной и других отраслях производства при обработке изделий из керамики, стекла, полупроводниковых материалов, сапфира, кварца и других материалов. В процессе абразивной обработки сообщают относительные перемещения деталям и по меньшей мере одному диску с закрепленными на нем по концентрическим зонам абразивными таблетками. В каждой концентрической зоне диска закрепляют постоянное количество таблеток. Число концентрических зон выбирают из условия равенства расстояния между соседними абразивными таблетками в смежных зонах. Предусмотрена расчетная формула для определения количества таблеток в каждой зоне в зависимости от наружного и внутреннего диаметров дисков, диаметра абразивной таблетки и минимального размера детали. Такие действия повышают качество обработки деталей за счет обеспечения минимального отклонения обрабатываемой поверхности детали от заданной геометрической формы и обеспечения равномерного износа инструмента. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к алмазно-абразивной обработке широкого класса материалов и может быть использовано в оптико-механической, электронной и других отраслях производства при обработке изделий из керамики, стекла, полупроводниковых материалов, сапфира, кварца и других материалов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ механической обработки деталей связанным абразивным инструментом, включающий относительные перемещения деталей и по меньшей мере одного диска с закрепленными на нем по концентрическим зонам абразивными таблетками (WO 94/17956, МКИ B 24 B 7/16, 18.08.1994 – прототип).

Недостатком данного способа обработки является невозможность управления формой обрабатываемой поверхности при различных схемах обработки из-за неравномерного износа инструмента в различных зонах шлифовального инструмента. Кроме того, этот способ нельзя использовать на операциях финишного шлифования и полирования плоских поверхностей деталей с помощью связанного абразивного инструмента, так как используемое распределение абразивных таблеток не обеспечивает высокой плоскостности поверхности, а заведомо предполагает получение вогнутой поверхности.

В основу настоящего изобретения положена задача повышения качества обработки деталей за счет обеспечения минимального отклонения обрабатываемой поверхности детали от заданной геометрической формы и обеспечения равномерного износа инструмента.

Технический результат достигается тем, что в известном способе абразивной обработки деталей, включающем относительные перемещения деталей и по меньшей мере одного диска с закрепленными на нем по концентрическим зонам абразивными таблетками, используют диск с постоянным количеством абразивных таблеток в каждой концентрической зоне, определяемым из условия:

где 2R_max и 2R_min – соответственно наружный и внутренний диаметры шлифовального диска;
2r – диаметр абразивной таблетки;
a_min – минимальный размер обрабатываемой детали,
и с числом концентрических зон, выбранным из условия равенства расстояния между соседними абразивными таблетками в смежных зонах.

Изобретение поясняется чертежами, где:
– на фиг. 1 изображен один из вариантов устройства для реализации способа;
– на фиг. 2 – пример расчета распределения абразивных таблеток на шлифовальном диске;
– на фиг. 3 – шлифовальный инструмент, описанный ниже в примере реализации данного способа при обработке дисков из сапфира.

Данный способ абразивной обработки деталей может быть использован при односторонней и двусторонней обработке как плоских, так и сферических поверхностей.

На фиг. 1 изображено в статике устройство для двустороннего шлифования плоских поверхностей деталей с помощью шлифовальных инструментов, выполненных в виде дисков с закрепленными абразивными таблетками. Устройство содержит нижний диск 1 и верхний диск 2 с закрепленными на них абразивными таблетками 3. Между дисками 1 и 2 расположены в зацеплении с зубчатым колесом 4 и зубчатым колесом 5 сепараторы 6. В гнездах сепараторов 6 размещены обрабатываемые детали 7. Детали обрабатывают при планетарном перемещении деталей 7 относительно верхнего и нижнего дисков 1 и 2.

На фиг. 2 изображена схема расчета распределения абразивных таблеток диаметром 2r на диске с наружным диаметром 2R_max и внутренним диаметром 2R_min.

Рассмотрим некоторые ограничения на количество абразивных таблеток и их распределение на диске, которые обеспечат оптимальную работу инструмента.

Условие h_i= const, где h_i – удельный съем материала в i-й зоне шлифовального инструмента, является не только условием равномерного съема материала, но и условием равномерного износа таблеток. В то же время h_{i i}S_i, где _i – линейная скорость перемещения инструмента, равная _i= 2R_i ( – угловая скорость вращения диска);
S_i – относительная плотность заполнения i-й зоны диска абразивными таблетками диаметром 2r;
n_i – количество абразивных таблеток в i-й зоне,

где S_i^t – суммарная площадь абразивных таблеток в i-й концентрической зоне, S_i – общая площадь в i-й концентрической зоне.

Для обеспечения условия h_i= const необходимо соблюсти условие:

Так как скорость вращения шлифовального диска и диаметр абразивных таблеток 2r являются постоянными величинами для каждого конкретного случая, то и количество таблеток в каждой i-й концентрической зоне должно быть постоянным.

Плотность заполнения абразивных таблеток или по другому, расстояние между таблетками в каждой i-й зоне определяется исходя из минимального размера обрабатываемой детали a_min, а именно, максимальное расстояние между таблетками должно соответствовать условию:
L_max a_min + r.

Минимальное количество таблеток можно определить из соотношения:

где 2R_max – наружный диаметр диска.

Максимальное количество таблеток определяется из условия:

где 2R_min – внутренний диаметр диска.

Таким образом, количество абразивных таблеток в каждой концентрической зоне берут постоянным, при этом значение его определяют из условия:

Пример. Производили шлифование сапфировых дисков диаметром 50 мм до толщины 0,3 мм на станке СТША-450 при следующих режимах: скорость вращения шпинделя с закрепленным инструментом – 400 об/мин, общая нагрузка на обрабатываемые детали – 4 кГс. Первоначально был проведен расчет инструмента для шлифования указанных деталей. Для изготовления шлифовального инструмента был использован диск с наружным диаметром 290 мм и внутренним диаметром 100 мм, на поверхность которого были наклеены абразивные таблетки диаметром 16 мм. Таким образом, для расчета шлифовального инструмента были использованы следующие исходные данные: a_min = 50 мм; R_max = 145 мм; R_min = 50 мм; 2r = 16 мм. На основании предложенных расчетов минимальное количество таблеток диаметром 16 мм составляет 16 штук, а максимальное количество может быть не более 22 штук. Поскольку сапфир является очень твердым и труднообрабатываемым материалом, то для обеспечения максимальных удельных нагрузок в зоне обработки следует выбирать минимальное количество таблеток, т.е. 16 штук. Чертеж данного шлифовального инструмента приведен на фиг. 3. Значения радиусов концентрических зон и расстояний между соседними таблетками в каждой концентрической зоне приведены в таблице. При этом расстояние между соседними абразивными таблетками в смежных зонах остается постоянным и равно l_i = 30 мм.

В качестве абразивных таблеток были использованы алмазные таблетки на органической связке типа РТ100Р1, производимые компанией ООО “Прецизионные процессы” (г. Москва). Были получены следующие результаты испытаний:
Удельные съемы материала, мкм/мин – 50
Шероховатость поверхности R_a, мкм – 0,12
Плоскостность поверхности, мкм – 1т

Формула изобретения

Способ абразивной обработки деталей, включающий относительные перемещения деталей и по меньшей мере одного диска с закрепленными на нем по концентрическим зонам абразивными таблетками, отличающийся тем, что используют диск с постоянным количеством абразивных таблеток в каждой концентрической зоне, определяемым из условия

где 2R_max и 2R_min – соответственно наружный и внутренний диаметр шлифовального диска;
2r – диаметр абразивной таблетки;
a_min – минимальный размер обрабатываемой детали,
и с числом концентрических зон, выбранным из условия равенства расстояния между соседними абразивными таблетками в смежных зонах.

РИСУНКИ