Если сказать просто — то достаточно элементарного эксперимента. Внимание! Данный пример приводится только для объяснения необходимости балансировки круга! Установите неотбалансированный круг на станок (например, бесцентрово-шлифовальный) и включите. Возникшая сильнейшая вибрация должна навсегда отбить желание ставить на станок неотбалансированный круг.

Почему возникает вибрация?

Вибрация возникает из-за несовпадения центра тяжести круга со своим центром вращения. И вибрация тем больше, чем больше скорость вращения круга и чем больше несбалансированность круга.

Зачем нужно балансировать круг.

При вращении несбалансированный круг создаёт большие центробежные силы, которые вызывают повышенный износ подшипников опор шпинделя, отрицательно сказываются на качестве обработки. Балансировка шлифовальных кругов проводится до момента установки на шлифовальный станок. После выполнения балансировки и правки круга на станке, в случае повышенной вибрации, может потребоваться вторая балансировка.

Для балансировки шлифовального круга используют два вида приспособлений: балансировочное приспособление с прямыми направляющими и балансировочное приспособление с дисками.

Я расскажу о балансировки шлифовального круга на приспособлении с дисками.

Круг устанавливается на оправку и закрепляется на оправке. После установки оправки с кругом на правочное приспособление, кругу дают небольшое вращение – круг должен совершить обязательно один полный оборот. Когда круг остановится, сверху круга или оправки мелом ставят метку. Проверяют ещё раз. Если метка снова вверху – нужно проводить регулировку.

Средний сухарик устанавливают внизу шайбы – напротив меловой отметки, а два остальных сухарика – примерно на одинаковом (небольшом) расстоянии от него. Таким образом получают гарантированный перевес внизу. Снова дают вращение кругу и ставят меловую отметку (новую отметку) на самом верху. После остановки круга средний сухарик передвигается напротив меловой отметки, а два крайних сухарика немного раздвигают на одинаковое расстояние от среднего сухарика. Дают еще одно проверочное вращение.

После нескольких повторений круг будет отбалансирован – шлифовальный круг после вращения будет останавливаться в разных положениях.

Балансировка шлифовальных кругов перед их установкой на станок

Балансировка шлифовальных кругов перед их установкой на станок. Если центр тяжести шлифовального круга совпадает с осью его вращения, то такой круг сбалансирован и может надежно работать на высоких окружных скоростях. Несбалансированность шлифовального круга вызывает интенсивный износ узлов и механизмов станка, в первую очередь, подшипников шпинделя; ухудшение шероховатости обрабатываемой поверхности; увеличение расхода абразивного материала круга и средств для его правки; снижение точности обработки; возрастание напряжений в круге, в результате которых может произойти его разрушение. Балансировке подвергают все шлифовальные круги диаметром свыше 100 мм. Перед балансировкой круг необходимо осмотреть и убедиться в отсутствии трещин.

Для выполнения балансировки применяют различные балансировочные приспособления. Из-за простоты конструкции и обеспечения достаточной точности балансировки шлифовальных кругов наибольшее распространение получили балансировочные приспособления с валиками (рис. 4.4).

Основными деталями приспособления являются: два параллельно расположенных стальных термически обработанных и шлифованных валика 1, станина 3 и крепежные фланцы-втулки 2 с балансировочными сухарями.

Балансировка шлифовального круга производится в следующей последовательности.

• 1. Круг с фланцами и оправкой устанавливают на балансировочное приспособление (рис. 4.4), следя за тем, чтобы ось оправки была перпендикулярна оси балансировочных валиков 1, а круг располагался между ними симметрично; балансировочные сухарики устанавливают в положение взаимного уравновешивания.
• 2. Легким толчком заставляют круг вместе с оправкой вращаться на валиках балансировочного приспособления до полной его остановки, при этом более тяжелая часть круга займет самое низкое положение.

Балансировочное приспособление с двумя цилиндрическими валиками:

• 1 - валик; 2 - фланец-втулка с балансировочными сухарями; 3 - станина.
• 3. После остановки круга в самой верхней точке его периферии проводят радиальную меловую черту. Затем круг поворачивают примерно на угол 90° от меловой черты то в одну, то в другую сторону и дают кругу вместе с оправкой катиться по валикам. Если после каждого поворота круг будет устанавливаться так, что меловая черта окажется в одном и том же положении, то тяжелая часть круга определена правильно.
• 4. Балансировочные сухарики двигают по пазу в одну половину окружности паза к меловой черте и закрепляют их в данном положении. Средний сухарик устанавливается симметрично относительно меловой черты, а два крайних - примерно на равном расстоянии от среднего.
• 5. Круг снова поворачивают на валиках на угол 90° в правую и левую стороны и если круг возвращается в исходное положение, т. е. если тяжелая часть его стремится занять нижнее положение, то круг уравновешивают, передвигая крайние сухари относительно среднего, стоящего под меловой чертой. Уравновешенный круг, повернутый вправо или влево на 90° относительно меловой черты, остается неподвижным в этом положении. Это указывает на то, что круг отбалансирован.
• 6. Для контроля правильности балансировки поворот круга относительно меловой черты на угол 70-90° следует повторить 2-3 раза.

Балансировка шлифовальных кругов на станке.

В процессе работы уравновешенность круга может меняться. Это связано, главным образом, с неравномерной плотностью круга и смещением его центра тяжести с геометрической оси по мере износа круга. Повторная балансировка особенно необходима при выполнении точных работ, для получения высокого класса шероховатости поверхностей и при скоростном шлифовании.

Для повторной балансировки следует применять балансировочные механизмы, позволяющие производить эту операцию непосредственно на шлифовальном станке во время его работы без снятия круга. Для этого используют специальные балансировочные механизмы для автоматического уравновешивания круга.

Для точной и спокойной работы круг должен быть отбалансирован, чтобы его центр тяжести совпадал с центром вращения. При работе неуравновешенным кругом обработанная поверхность получается граненой, волнистой, а опоры шпинделя при этом быстро изнашиваются. Причинами неуравновешенности круга могут быть неравномерное распределение массы в теле круга, эксцентричное расположение посадочного отверстия по отношению К наружной поверхности круга, непараллельность и неперпендикулярность торцов, неравномерная пропитка круга СОЖ, неправильный монтаж - неконцентричная установка круга и др.

При неуравновешенном круге возникает центробежная сила, которая вызывает вибрации. При скоростном шлифовании опасность разрыва круга от усилий резания уменьшается, но возрастает опасность разрыва от центробежной силы. Круг балансируют вне шлифовального станка на балансировочных стендах.

Рис. 54. Стенд для балансировки шлифовальных кругов: а - с двумя гладкими цилиндрическими вилками, б - с вращающимися дисками, в схема крепления грузиков для балансировки круга

Круг, смонтированный на оправке, устанавливают на опоры - цилиндрические валики или диски (рис. 54). Обоим устройствам (рис. 54, а, б) присущ общи й недостаток- большой момент трения, снижающий точность балансировки. Использование принципа «воздушной подушки» позволило создать рациональную конструкцию устройства для статической балансировки (рис. 55). Преимущество устройства на «воздушной подушке» в том, что оправка с кругом легко поворачивается под воздействием момента 1×10-5 Н×м. Чтобы вывести из состояния покоя оправку с кругом, установленную на цилиндрических валиках, требуется момент в 7 раз больший, а при дисках - в 40 раз больший.

Рис. 55. Конструкции устройств для статической балансировки шлифоральных кругов: а - на воздушной подушке, б - на плоскопараллельных линейках, в - с двумя парами вращающихся дисков

На шпинделе станка круги закрепляют с помощью планшайбы, в концевых выточках которых размещаются грузики - сегменты для балансировки кругов. Балансировку производят изменением положения трех грузиков в кольцевой выточке фланца шлифовального круга . Неуравновешенный круг более тяжелой частью повернется вниз. Перемещая в планшайбе грузики, добиваются, чтобы круг в любом положении на опорах оставался неподвижным. По мере износа круга балансировка его может нарушиться вследствие неравномерного распределения массы в теле круга. Поэтому целесообразно производить повторную балансировку круга. В конце смены рекомендуется прокрутить круг на рабочей скорости в течение 1-2 мин, выключив охлаждение, чтобы жидкость не скоплялась в порах нижней части круга и не нарушала балансировки.

Состояние шлифовального круга, характеризующееся таким распределением масс, которое во время вращения вызывает переменные нагрузки па опорах шпинделя станка и его изгиб, называется неуравновешенностью круга. Неуравновешенной точечной массой круга называют условную массу, радиус-вектор (эксцентриситет) которой относительно оси посадочного отверстия равен радиусу наружной поверхности (периферии). В зависимости от допустимых неуравновешенных масс для шлифовальных кругов на керамической, бакелитовой, вулкапитовой и специальных органических связках по ГОСТ 3060-86 установлено четыре класса неуравновешенности шлифовальных кругов, обозначаемые цифрами 1, 2, 3 и 4.

Шлифовальные круги диаметром 250 мм и более в соответствии с ГОСТ 2424-83 перед установкой их на станке должны пройти контроль неуравновешенности по ГОСТ 3060-86.

Неуравновешенность круга увеличивает шероховатость обработанной поверхности и приводит к появлению на ней дробления и прижогов, повышенному износу круга, преждевременному выходу из строя шпиндельного и других узлов станка.

Особо важное значение имеет степень уравновешенности кругов в связи со все более широким внедрением скоростного и сверхскоростного шлифования.

Основные причины неуравновешенности круга следующие:

• ? эксцентричное расположение отверстия относительно наружной поверхности;
• ? эксцентричная установка круга на шпиндели станка или во фланцах;
• ? неправильная форма наружной поверхности;
• ? неодинаковая плотность материала круга;
• ? износ круга в процессе шлифования.

По ГОСТ 3060-86 установлены четыре класса неуравновешенности шлифовальных кругов (табл. 2.18), по которым допустимые неуравновешенные массы определяются в зависимости от массы кругов.

Таблица 2.18

Допустимые неуравновешенные массы кругов с плотной и средней структурами (ГОСТ 3060-86)

Балансируются круги па специальных стендах па оправках (рис. 2.3).

Рис. 2.3.

Балансировка осуществляется перемещением сухарей после установки оправки с кругом па стенд. В начале балансировки сухари устанавливаются примерно через 120°, чтобы их масса не оказывала влияния па положение центра тяжести круга. Легким толчком круг с оправкой приводят во вращение. После остановки круга с оправкой делают отметку в крайней нижней точке круга и соединяют эту точку с центром, получают радиус, па котором предположительно находится центр тяжести круга.

Рис. 2.4.

Из-за трения установленное направление может не совпадать с действительным положением центра тяжести, поэтому круг поворачивают па 90° поочередно в обе стороны так, чтобы отмеченный радиус занял горизонтальное положение, а затем отпускают круг. После его остановки вновь отмечают нижнее положение круга.

Если все три отметки совпадают, то положение неуравновешенной массы определено правильно. При несовпадении отметок положение неуравновешенной массы определяют между двумя последними отметками па равном расстоянии от каждой из них. Затем па противоположной стороне круга делают отметку для установки грузов. После этого круг поворачивают, чтобы найденная отметка заняла горизонтальное положение, и перемещают сухари в положение, при котором круг не поворачивается, т.е. так, чтобы не менялось горизонтальное положение ранее установленной отметки.

На рис. 2.4 показан общий вид дискового стенда для балансировки круга.

Точность уравновешивания, определяемая смещением центра тяжести / 0 , находится по формуле

где р - коэффициент трения качения (0,01...0,05); R - радиус большого диска, мм; р! - коэффициент трения качения в шарикоподшипниках (0,001...0,005); р - радиус посадочного отверстия шарикоподшипника, мм; у - радиус опорной шейки балансировочной оправки, мм; а - угол, образуемый прямой, соединяющей центры балансировочной оправки и большого диска с вертикалью.

При а = 2...3° /о = 0,01...0,02 мм.

На рис. 2.5 показаны балансировочные весы. Точность уравновешивания /о на весах наибольшая и достигает величины 0,005...0,008 мм. По конструкции весы более сложные, чем стенды, и операция уравновешивания на них длительнее, так как необходимо ждать затухания колебаний стрелки 5.

Круг уравновешивают установкой груза 6 в нулевое положение и с помощью груза 2 уравновешивают коромысло без круга. Затем весы арретируют и устанавливают оправку 7 с кругом. Освобождают арретирующее устройство 3 , наблюдают за отклонением стрелки 5 и при ее отклонении влево круг поворачивают против часовой стрелки до тех пор, пока стрелка не займет на шкале 4 среднее нулевое положение. При отклонении стрелки 5 вправо

Рис. 2.5.

с кругом (б):

• 1 - дополнительный груз; 2,6 - груз; 3 - арретирующее устройство;
• 4 - шкала; 5 - стрелка; 7 - оправка

круг вращают по часовой стрелке. Затем рисками отмечают вертикальную ось круга, поворачивают круг на 90° и отмечают горизонтальную ось. Перемещая груз 6, приводят стрелку 5 в нулевое положение и по шкале 4 определяют неуравновешенность, которая устраняется перемещением дополнительного груза 1.

В современных шлифовальных станках применяют различные устройства, позволяющие уравновешивать круг непосредственно на шлифовальном станке. Эти устройства позволяют определять и устранять неуравновешенность круга в течение всего времени работы его на станке.

Тщательная балансировка шлифовальных кругов гарантирует длительную и безопасную эксплуатацию станка и высокое качество выпускаемых заготовок. Наладка оборудования происходит вместе с оправкой, на которой крепится круг. Для процедуры предусмотрено использование специализированного оборудования, которое имеет множество модификаций. Это могут быть наладочные машины, установки, станки, стенды и прочие механизмы различные по принципу работы.

Важность балансировки

От того, насколько точно отлажен рабочий инструмент, зависит производительность и безопасность труда.

Качественная балансировка должна происходить только на прошедшем технический контроль устройстве, которым управляет квалифицированный персонал.

Зачем нужна балансировка?

Работая с неуравновешенным станком, мастер рискует получить травмы, вследствие разрыва шлифовального круга. Такое нарушение техники работы с устройством может привести к поражениям глаз и кожи рабочего. Разрываясь, раскаленная деталь крошится на мелкие частицы, которые разлетаются с высокой скоростью в разных направлениях.

Важность балансировки шлифовальных кругов также заключается в качестве выпускаемых заготовок. При нарушении равновесия на обрабатываемой поверхности образуются грани, волны, другие неровности. Этот факт значительно снижает производительность труда.

Работа устройства происходит на большой скорости вращения круга. При использовании неотлаженного абразивного круга, возникают центробежные силы, которые провоцируют значительные вибрации. Такое нарушение технологии приводит к последствиям для инструмента:

• повышается изнашивание шлифовального станка, в первую очередь подшипников;
• увеличивается расход абразивной составляющей;
• снижается срок службы.

Таким образом, от отлаженного положения круга для шлифовки напрямую зависит эффективность работы станка.

Причины неуравновешенности круга

Для спокойной и точной работы на станке абразивное устройство должно быть сбалансировано таким образом, чтобы центр тяжести и вращения находились на одной оси.

Основные причины возникновения отклонений в балансе:

• эксцентриситет (степень отклонения) наружной грани относительно монтажного отверстия;
• нарушение в геометрии круга;
• неравномерная пропитка смазочно-охлаждающей жидкостью (СОЖ);
• отклонение в параллельности торцов круга;
• эксцентриситет, возникающий при посадке круга, вследствие односторонней выборки зазора между отверстием и зажимной шайбой;
• неправильный монтаж круга на установку;
• неравномерная плотность массы рабочей детали.

Как отбалансировать шлифовальный круг

Для спокойной и точной работы на станке круг должен быть приведен в баланс таким образом, чтобы центр тяжести и вращения находились на одной оси.

Балансировка шлифовальных кругов возможна во многих вариациях. Основные методы: статический и динамический.

Преимущество динамических устройств - высокая точность. Однако они используются не так часто, как статические, ввиду дороговизны такого оборудования и высокой сложности в работе, что требует специализированной квалификации мастера.

Более экономичные и простые в процессе эксплуатации статические приспособления применяются на производстве гораздо чаще.

В ходе манипуляций используются разнообразные балансировочные устройства, дополнительные детали. Также возможен вариант осуществления настройки оборудования, не снимая его со шлифовального станка.

Ниже приведен перечень методик по наладке абразивного элемента.

1. Момент дисбаланса между посадочным диаметром зажимной шайбы и отверстием круга возможно снизить в 2 раза. Для этого используется упругая центрирующая втулка. Она имеет вид кольца с лепестками. Деталь представлена разными показателями жесткости, которые подбираются в соответствии с уровнем преодоления массы круга с небольшим запасом.
2. Статическая балансировка на оборудовании с двумя горизонтальными параллельными линейками или цилиндрическими валиками. Наладочный аппарат такого типа - наиболее популярен. Его конструкция предполагает наличие двух строго горизонтальных плоскостей рабочих линеек. На которые устанавливается оправка с кругом. У метода есть недостаток: балансировка шлифовальных кругов повреждает поверхность линеек. На них образуются вмятины, что мешает точности работы. Устранения этой негативной черты требует регулярного шлифования и выверки уровня.
3. Балансировочное устройство с вращающимися роликами (или дисками) имеет тот же принцип, однако оно не обладает указанными выше недостатками. При этом общей чертой, снижающей точность балансировки, является большой момент трения.
4. Для избегания влияния момента трения на балансировку, создана рациональная конструкция приспособлений для статического метода. Она основана на принципе «воздушной подушки».
5. Балансировка наждачного диска возможна также на балансировочных весах. В основе работы лежит статический метод. Оборудование имеет ограничение: оно предназначено для кругов, диаметр которых находится в пределах от 200 до 600мм.
6. Наиболее качественная балансировка шлифовального круга происходит прямо на станке. Для этих целей применяются автоматические приспособления разных модификаций. Метод имеет ряд достоинств:

• Нет необходимости снимать диск, что вместе с установкой требуют значительных временных затрат.
• Балансировка шлифовального станка происходит во время работы, что позволяет постоянно контролировать его равновесие.
• Дает наиболее эффективный и точный результат.

Выбирая метод балансировки шлифовального оборудования стоит исходить из требований точности, временных и финансовых ресурсов.