Виды шлифовальных станков, критерии выбора моделей

Шлифовальный станок — это одна из разновидностей металлорежущего оборудования, в котором для обработки заготовок используется вращающийся абразивный инструмент.

Заданный припуск при шлифовке удаляется с помощью множества абразивных зерен с острыми гранями. Каждое из них выступает в роли микрорезца, срезающего узкий слой металла и превращающего его в мелкодисперсную стружку. По своей конструкции шлифовальные станки аналогичны фрезерному и токарному оборудованию.

Только в качестве рабочего инструмента вместо фрез и резцов в них используют абразивные круги, работающие со скоростями резания от 20 до 60 м/с. Основные области применения шлифовальных станков — наружная и внутренняя обработка цилиндрических изделий, а также шлифовка плоских поверхностей под различными углами.

Кроме оборудования общего назначения, выпускаются шлифовальные установки для специального применения: полировки, хонингования, притирки, суперфинишной обработки и шлифовки профильных поверхностей.

Виды шлифовальных станков и принцип работы

Главный классификационный признак — это разделение шлифовальных станков по виду обрабатываемой поверхности на кругло- и плоскошлифовальные. Первые в свою очередь делятся на оборудование для наружной и внутренней шлифовки.

Также в обеих этих группах выделяют установки для бесцентровой обработки. Дальнейшее деление групп шлифовальных станков осуществляется по различным технологическим и конструктивным признакам. К примеру, плоскошлифовальные делятся на станки с круглым или прямоугольным столом. В отдельные подгруппы по технологическому назначению выделяют следующие виды:

• обдирочные;
• заточные;
• притирочные;
• полировальные;
• специальные.

В качестве примера таких установок можно привести токарно-шлифовальные станки, предназначенные для ремонта запорной арматуры и блоков двигателей.

К другим классификационным признакам относятся точность и уровень автоматизации. В этом случае используется общепринятая классификация ГОСТ. По уровню точности все металлорежущее оборудование в соответствии с ГОСТ 8—89 делятся на пять классов.

Среди них только первый (Н) относится к станкам общего назначения, а остальные присваиваются оборудованию с повышенной или особой точностью. Российские нормативные документы выделяют четыре уровня автоматизации, которые обозначаются литерой Ф и цифрой.

Станки с индикацией позиционирования имеют индекс Ф1, а с системами ЧПУ — от Ф2 до Ф4 (в зависимости от типа интерполяции).

Круглошлифовальные

В случае, если это продольно-шлифовальный станок, его рабочая бабка имеет две оси подачи: поперечную (для выборки глубины припуска) и продольную (для движения вдоль детали). Если же он предназначен только для наружного врезания, то у него предусмотрена только поперечная подача.

Существует ряд специализированных видов круглошлифовальных станков для изготовления определенных изделий. К таким, к примеру, относится вальцешлифовальный станок. На фото ниже — продольное шлифование вала.

Внутришлифовальные

На внутришлифовальном станке деталь крепится с помощью патрона или планшайбы на шпиндель бабки изделия, а обработка ведется соосной с ней шлифовальной бабкой. Шпиндельный узел последней размещен на подвижном столе, который перемещается в продольном и поперечном направлениях.

Главная особенность внутришлифовального оборудования — это малый размер шлифовального круга, который не может быть больше 0.9 диаметра шлифуемого отверстия. Это создает довольно тяжелый режим резания для абразивных зерен, так как они очень часто вступают в контакт с металлом и не успевают охлаждаться.

Данная проблема решается использованием специального инструмента и точного следования требуемым режимам резания. На фото ниже — внутренняя шлифовка посадочного отверстия шестерни.

Бесцентрово-шлифовальные

Перед началом шлифовки деталь помещается на нож, затем прижимается приводным кругом к шлифовальному и движется в продольном направлении. Поперечной подачи в таком виде обработки не существует, т. к. она в какой-то мере совмещена с продольной, которая обеспечивается ориентацией приводного круга под небольшим углом к плоскости шлифовального.

Бесцентрово-шлифовальные станки массово используются при серийном производстве, т. к. загрузка и выгрузка детали занимает небольшое время и легко механизируется. Бесцентровое шлифование применяют и для обработки внутренних поверхностей.

В этом случае шлифовальный круг находится внутри отверстия, опорная пластина отсутствует, а вместо нее деталь удерживается на трех точках: два прижимных ролика и приводной круг. На фото ниже показано наружное бесцентровое шлифование.

Слева находится приводной круг, справа — шлифовальный, между ними — небольшая цилиндрическая деталь, под ней — опорная пластина.

Плоскошлифовальные

При этом сам шпиндель может быть ориентирован как вертикально, так и горизонтально. Вертикально-шлифовальные станки обычно имеют более жесткую конструкцию и используются для высокопроизводительной обработки. Горизонтальные имеют более высокую точность, и их обычно используют в инструментальных и ремонтных производствах.

На плоскошлифовальном оборудовании используются два метода шлифовки: внешней (периферийной) частью круга и боковой (торцевой) плоскостью, которые у некоторых моделей могут совмещаться.

При работе на таких станках самый распространенный способ крепления деталей на столе — это использование магнитных плит: электромагнитных или с постоянными магнитами. Кроме того, используют различные тиски, угольники и прижимные планки. На фото ниже — горизонтальный плоскошлифовальный станок в работе.

Продольно-шлифовальный

Поэтому универсальные станки с продольной и поперечной подачами, на которых можно обрабатывать широкую номенклатуру деталей, в обиходе часто называют продольно-шлифовальными станками, тем самым подчеркивая их возможность обрабатывать длинные детали.

Это название может относиться как к кругло-, так и плоскошлифовальному оборудованию. На фото ниже — продольно-шлифовальный станок для наружной обработки.

Обдирочно-шлифовальный

Для удаления дефектного слоя до уровня металла, пригодного для дальнейшей механической обработки, применяют различное металлорежущее оборудование, в том числе и обдирочно-шлифовальные станки. Они имеют различные компоновки, обеспечивающие доступ к габаритным деталям.

А для обработки небольших заготовок обычно используют установки в виде большого электроточила с двумя кругами. Все обдирочно-шлифовальные станки имеют простую жесткую конструкцию и оснащаются приводами повышенной мощности.

Для шлифования на них применяют крупнозернистые бакелитовые круги, которые обладают хорошим самозатачиванием и устойчивы к ударным нагрузкам. На фото ниже — обдирка литой заготовки.

Осцилляционно-шпиндельный

В этом случае абразивный инструмент одновременно с вращательными совершает возвратно-поступательные движения, как правило, в направлении, параллельном оси обрабатываемой детали. При скорости вращения в несколько тысяч об./мин. скорость осцилляции может достигать нескольких сот ходов в минуту.

Поскольку возвратно-поступательные движения на таком шлифовальном оборудовании совершаются шпинделем, их иногда называют осцилляционными шпиндельными станками.

Профилешлифовальный

Профильно-шлифовальные станки предназначены для шлифовки криволинейных поверхностей различной формы. Существуют два метода профильного шлифования. При первом инструмент движется по траектории профиля, и припуск снимается за множество проходов.

При втором используются шлифовальные круги, наружной поверхности которых придана форма, точно соответствующая формируемому профилю. Такое шлифование называется глубинным, т. к. припуск в этом случае снимается за один проход.

При шлифовании по траектории применяют системы ЧПУ, копировальные автоматы и ручное управление с оптическим визированием. В последнем случае изображение профиля проецируется на экран с заранее прорисованной траекторией, а станочник вручную управляет движением шлифовального инструмента, ориентируясь по экрану.

На оптико-шлифовальных станках обычно устанавливают оптические устройства с увеличением 50Х и экранами диагональю около 700 мм. При глубинном шлифовании режущая поверхность абразивного круга перед обработкой приводится к форме профиля детали с помощью заточных устройств с алмазными роликами.

Этот метод позволяет достигать точности геометрических размеров профиля до 3 мкм. Иногда к профильно-шлифовальному оборудованию для механообработки ошибочно относят рельефно-шлифовальные станки, которые на самом деле предназначены для рельефной шлифовки мебельных плит и деревянного погонажа.

Двухсторонние

Двухсторонние торцешлифовальные станки имеют две идентичные шлифовальные бабки, расположенные соосно друг против друга, поэтому обработка производится с обеих сторон одновременно за одну установку. Подача и вывод детали из зоны обработки на таком оборудовании осуществляется непрерывно с помощью загрузчиков конвейерного типа.

Двухсторонние станки производятся с горизонтальным или вертикальным расположением осей шлифовальных бабок. Первые более технологичны и производительны, а вторые обладают большей точностью и применяются для чистового шлифования.

Для тонкой шлифовки

Тонкое шлифование отличается от предварительного и окончательного тем, что срезание припуска производится на высоких оборотах абразивного инструмента, но при минимальной глубине резания (менее 5 мкм) и на малых подачах (от 5 до 100 мкм/об.).

Для выполнения операций тонкой шлифовки применяют станки высокой точности, обладающие жесткой конструкцией и устойчивостью к вибрациям. Кроме обычного кругло- и плоскошлифовального оборудования, для тонкой шлифовки также используют ленточные и бесцентровые станки.

Этот вид шлифовальной обработки производится с обильной подачей смазочно-охлаждающей жидкости. При тонкой шлифовке к системе подачи СОЖ предъявляются повышенные требования по полной очистке обратной жидкости от частиц абразива и металла.

Тонкое шлифование выполняют мягкими кругами с мелкозернистым абразивом. Перед установкой на станок круг обязательно калибруется алмазным заточным инструментом и балансируется.

Ленточные шлифовальные станки

Расположение и количество роликов зависит от ориентации рабочей части шлифленты, а также габаритов и назначения шлифовального станка. Некоторые из них являются универсальными и предназначены для широкой номенклатуры шлифования, а часть изготавливается специально для определенных технологических целей.

Самые распространенные виды обработки на таком оборудовании — это контактное, опорное и шлифование свободной лентой. В первом случае деталь обрабатывается на абразивной поверхности в зоне верхнего ролика, во втором она прижимает шлифленту к металлической подкладке, а в третьем обработка производится на свободном участке ленты между роликами.

Среди специальных ленточных станков можно отметить оборудование для тонкой шлифовки и полировки с помощью рулонной шлифленты, которое широко используется при финишной обработке подшипников.

В таких установках вращающаяся цилиндрическая деталь прижимается к концу скрученной в рулон абразивной ленты, которая по мере своего износа разматывается. На фото ниже — промышленная ленточная шлифовальная установка.

Щеточно-шлифовальный

Но только с изобретением надежного метода внедрения абразивных зерен в полимерные волокна появилась возможность изготавливать шлифовальный инструмент, обеспечивающий обработку поверхностей по 9 классу чистоты и выше. Из полимерно-абразивного волокна изготавливают валиковые, дисковые, чашечные и кистевые шлифовальные щетки.

В качестве абразива в них используют традиционные материалы: электрокорунд, алмаз, карбид кремния и пр. Такие шлифовальные щетки не оказывают силового воздействия на обрабатываемую поверхность, поэтому идеально подходят для шлифовки тонкостенных изделий. Кроме того, ими легко обрабатывать сложные профили и труднодоступные места.

Щеточно-шлифовальные станки для полимерно-абразивного инструмента в зависимости от своего назначения повторяют различные компоновки сверлильного и фрезерного оборудования.

При шлифовке листа валиками это портальный тип, а при работе дисками и чашками — вертикальный, горизонтальный или радиальный. На фото ниже показан вертикальный станок, обрабатывающий дисковыми алмазно-полимерными шлифовальными щетками тонкостенную гофрированную сталь.

Барабанные станки

Барабанно-ленточный станок — это специализированное шлифовальное оборудование, у которого в качестве инструмента используется цилиндр (барабан), обернутый абразивной лентой.

В таких станках детали подаются по эластичной конвейерной ленте под шлифовальный барабан, расположенный горизонтально поперек ленты. Напротив барабана с обратной стороны ленты находится ролик, который прижимает движущуюся деталь к барабану, обеспечивая необходимое усилие шлифовки.

В механообработке барабанно-ленточные станки применяются достаточно редко. Гораздо большее распространение этот вид шлифовального оборудования получил в деревообработке.

Переносной инструмент

Переносные настольные шлифовальные станки имеют небольшой вес, поэтому их транспортировка к месту работы чаще всего по силам одному человеку.

Они не требуют специальной подготовки места установки и могут эксплуатироваться на любой горизонтальной устойчивой поверхности (столе, верстаке, подоконнике). Среди универсальных станков такого типа самые распространенные:

• точильно-шлифовальные;
• тарельчатые (дисковые);
• ленточные;
• тарельчато-ленточные.

Точильно-шлифовальные станки в обиходе называют просто точило. Как правило, их используют для заточки токарных резцов, сверл, слесарного инструмента, ножей и ножниц, а также для обдирки, очистки и грубой шлифовки.

В тарельчатых шлифовальных станках в качестве рабочего инструмента используется вращающийся диск с наклеенной на него круглой шкуркой, а в ленточных — непрерывная абразивная лента, передвигающая с высокой скоростью по системе роликов, один из которых является приводным.

Большой популярностью также пользуются комбинированные тарельчато-ленточные шлифовальные станки.

Все эти виды настольного шлифовального оборудования применяют для шлифовки и полировки изделий из различных материалов, а также для заточки и доводки лезвийного инструмента. Кроме того, в качестве настольного мини-шлифовального станка можно использовать ленточную шлифовальную машинку.

У большинства моделей этого ручного инструмента предусмотрена ее стационарная установка на верстаке шлифовальной лентой вверх.

Критерии выбора переносных станков

Перед тем как приступить к выбору конкретной модели шлифовального станка, необходимо решить, для чего он будет использоваться. В точильно-шлифовальных станках в качестве инструмента используют шлифовальные диски из твердых материалов, поэтому на таком оборудовании можно срезать значительные слои металла и делать глубокие выборки.

Ленточные и дисковые станки предназначены только для шлифовки, и на них можно получить высокое качество обработанной поверхности или сделать тонкую доводку.

Далее следует определиться, как будет эксплуатироваться будущий станок для шлифовки. В этом случае важны следующие характеристики:

1. Показатели массы и габаритов. Если станок будет «кочевать» между объектами или домом и дачей, то желательно, чтобы его вес не превышал 15–20 кг, а габариты — размеров багажника легкового автомобиля.
2. Мощность. Этот параметр напрямую связан с производительностью. Для мелких домашних работ достаточно 300–400 Вт, а для обработки ступеней, перил, балясин и прочих деревянных изделий на строительстве дома потребуется не менее 700–800 Вт.
3. Скорость движения ленты. От этого показателя зависят как производительность, так и возможность обработки твердых материалов.
4. Виды, стоимость и доступность расходных материалов. На разном оборудовании применяются различные длины шлифовальных лент и диаметры дисков. Желательно использовать самые распространенные размеры.

Кроме того, важными критериями при выборе шлифовального станка являются репутация торговой марки (в части именно этого оборудования) и наличие гарантийной мастерской в вашем городе.

Обзор популярных моделей

Наибольшей популярностью на российском рынке пользуются тарельчатые (дисковые) и ленточно-тарельчатые шлифовальные станки торговых марок Jet, «Энкор» и «Зубр». Кроме них, свою продукцию также предлагают такие известные бренды, как «Белмаш», «Кратон», Proma, Stalex и Einhell.

А самое большое разнообразие моделей представлено шлифовальными станками марки Jet. У потребителей самыми востребованными являются ленточно-тарельчатые станки, объединяющие в себе возможности различных видов шлифовальной обработки.

Ниже приведены сравнительные характеристики нескольких моделей нижнего ценового сегмента (6–10 тыс. руб.), предназначенных для использования в домашних мастерских.

В этом же ценовом диапазоне находится еще одна модель торговой марки — «Зубр» ЗШС-500. По сравнению с 330-й у нее более мощный привод (500 Вт), а размеры ленты составляют 914х100 мм. Для настольной категории этот станок имеет весьма солидный вес — 23 кг.

Всем известно, что рекомендуемая скорость резания шлифленты зависит от вида обрабатываемого материала (чем он мягче, тем ниже скорость). Почему же тогда на большинстве моделей ленточных станков отсутствует регулировка скорости? Если кто-нибудь знает ответ на этот вопрос, поделитесь, пожалуйста, информацией в комментариях.