CC BY
50
УДК 621.83
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС С КРУГОВЫМИ ЗУБЬЯМИ ДИСКОВЫМ ШЕВЕРОМ-ПРИКАТНИКОМ
А.А. Маликов, А.В. Сидоркин
Отражены особенности новой запатентованной конструкции комбинированного (режуще-деформирующего) инструмента - дискового шевера-прикатника для чистовой обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями. Выработаны рекомендации по выбору оптимальных конструктивных решений инструмента исходя из формы линии зубьев, обрабатываемых им колес.
Ключевые слова: передний угол, точность, качество, симметричность, зубо-обработка.
В ТулГУ разработан способ обработки цилиндрических зубчатых колес шевингованием-прикатыванием, включающий свободный обкат инструмента и обрабатываемого колеса, при этом зацепление инструмента с обрабатываемой колесом выполняют внеполосным [1-3]. Инструмент имеет режущие кромки, смещенные по винтовой поверхности. Обработка осуществляется с периодической радиальной подачей после каждого из 2-4 рабочих циклов, включающих поворот инструмента в прямом и обратном направлениях на количество оборотов, равное числу зубьев обрабатываемого колеса, и без радиальной подачи в течение 1-2 циклов выхаживания. При обработке используется инструмент, число зубьев которого не имеет общих множителей с числом зубьев обрабатываемого колеса кроме единицы. Инструмент и заготовку-колесо в процессе зубообработки устанавливают на пересекающихся под углом 90о осях. Линия зубьев инструмента имеет арочную форму, а режущие кромки, выполненные на них, расположены на плоском производящем колесе [4, 5].
Основным недостатком данного способа является ухудшение геометрических параметров зубьев обрабатываемого колеса из-за органических погрешностей, присущих ортогональной смешанной конической передаче, образуемой в процессе зубообработки парой «инструмент-заготовка», таких как переменный модуль по длине зуба, асимметрия линии зуба. Это, в частности, накладывает существенные ограничения на ширину зубчатого венца обрабатываемого колеса и делает способ пригодным только для обработки узковенцовых колес, что заужает технологические возможности способа [6]. Другим недостатком способа является ухудшение точности и качества обработки вследствие тяжелых условий протекания процесса резания и сопровождение его значительным пластическим деформированием. Основной задачей рассматриваемого нами способа является расширение технологических возможностей способа обработки цилиндрических зубчатых колес, за
счет создания возможности обработки колес с широкими венцами, уменьшения геометрических погрешностей зубьев обрабатываемых колес, таких как, колебание модуля по длине зуба инструмента, асимметрии линии зуба; повышение точности и качества обработки за счет улучшения условий процесса резания и уменьшения доли пластического деформирования в процессе чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес [6]. Поставленная задача решается за счет того, что обработка осуществляется не одним, а двумя инструментами, установленными друг напротив друга в параллельных плоскостях (рис. 1).
Рис. 1. Общий вид (в плане) установки инструмента и обрабатываемой заготовки
Центры инструментов лежат на одной линии так, что каждый из инструментов симметрично повернут на угол в относительно плоскости продольного осевого сечения обрабатываемого колеса, перпендикулярной плоскостям, в которых установлены инструменты. Инструменты расположены на равном удалении от точки Р, расположенной на пересечении плоскостей симметрии обрабатываемого колеса и являющейся касательной к проекциям окружностей, лежащих в серединах ширин рабочих венцов инструментов на плоскость продольного осевого сечения обрабатываемого колеса, параллельную плоскостям, в которых установлены инструменты.
Центры окружностей, определяющих форму выпуклых и вогнутых сторон круговых или арочных зубьев инструментов, лежат на линиях, находящихся в поперечной плоскости симметрии обрабатываемого колеса и имеющих для одного инструмента - левый наклон к линии, касательной к окружности, лежащей в середине ширины рабочего венца инструмента, под углом Р=3...15о, при правозаходной стружечной канавке, а для другого -правый наклон под тем же углом при левозаходной стружечной канавке.
На рис. 2 представлена схема способа обработки (вид слева), на рис. 3 - увеличенный фрагмент сечения зубчатого венца инструмента.
А
венца инструмента (увеличено)
Рис. 2. Схема способа обработки (вид слева)
Инструменты 1 и 2, выполненные в виде плоских производящих колес, устанавливают друг напротив друга в параллельных плоскостях на цилиндрические оправки и закрепляют на них. При этом центры С\ и С2 инструментов 1 и 2 должны лежат на одной линии так, что каждый из инструментов симметрично повернут на угол в относительно плоскости продольного осевого сечения обрабатываемого колеса 3, перпендикулярной плоскостям, в которых установлены инструменты. Центры С] и С2 инструментов находятся на равном удалении от точки P, расположенной на пере-
249
сечении плоскостей симметрии обрабатываемого колеса 3 и являющейся касательной к проекциям окружностей ОС1 и ОС2, лежащих в серединах ширин S рабочих венцов инструментов 1 и 2 на плоскость продольного осевого сечения обрабатываемого колеса 3, параллельную плоскостям, в которых установлены инструменты 1 и 2.
Для каждого инструмента центры Oe и O, этих окружностей R0e и R0i, определяющих форму выпуклой и вогнутой сторон их зубьев находятся не на линиях, касательных к окружностям, лежащим в серединах ширин S рабочих венцов инструментов, а на линиях, находящейся в поперечной плоскости симметрии обрабатываемого колеса и имеющих для одного инструмента (инструмент 2) - левый наклон к линии, касательной к окружности, лежащей в середине ширины рабочего венца инструмента, под углом в=3 ...15°, при правозаходной стружечной канавке, а для другого (инструмент 1) - правый наклон под тем же углом при левозаходной стружечной канавке.
Это необходимо для создания на передних поверхностях режущих зубьев инструментов 1 и 2 положительных передних углов у. Которые, в свою очередь, образуются за счет разворота на углы в передних поверхностей 4 режущих зубьев 5 инструментов 1 и 2 по отношению к боковых поверхностей зубьев обрабатываемого колеса.
Парное использование указанных инструментов для шевингования-прикатывания, при котором процессы формообразования противоположных (левых и правых) сторон круговых или арочных зубьев обрабатываемого колеса протекают в одинаковых условиях позволяет расширить технологические возможности способа, за счет его использования для обработки колес с широкими венцами, добиться существенного уменьшения геометрических погрешностей зубьев обрабатываемых колес, таких как, колебание модуля по длине зуба инструмента и асимметрия линии зуба.
Способ обработки цилиндрических зубчатых колес шевингованием-прикатыванием пригоден для обработки колес с предварительно формообразованными высокопроизводительными методами: литья, пластического деформирования, механической обработки и др. зубьями. Согласно способу, инструменты 1 и 2 устанавливают на цилиндрические оправки, так чтобы каждый из инструментов был симметрично повернут на угол в относительно плоскости продольного осевого сечения обрабатываемого колеса и закрепляют на них. Это необходимо для создания на режущих зубьях инструментов 1 и 2 положительных передних углов у и обеспечения корректной формы и симметричности линии (дуги окружности) зуба обрабатываемого колеса 3. При этом, за счет улучшения геометрических параметров режущих зубьев инструмента, происходит улучшение процесса резания и уменьшение доли пластического деформирования в процессе чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес, и как следствие повышение точности и качества обработки. Обрабатываемое колесо 3 устанавливают на цилиндриче-
скую оправку и жестко закрепляют на ней, затем вводят в плотное (беззазорное по боковым сторонам) зацепление с инструментами 1 и 2.
После этого обрабатываемой заготовке 3 сообщают вращательное движение - движение обката в прямом и обратном направлениях с угловой скоростью ю. При этом инструменты 1 и 2 вращаются со скоростью ю0. Указанное движение является рабочим потому, что при нем осуществляют срезание тонких слоев стружки и выглаживание боковых поверхностей зубьев обрабатываемого колеса 3 за счет профильного скольжения режущих кромок зубьев 5 инструментов 1 и 2 по боковым поверхностям зубьев заготовки-колеса 3.
Обработка боковых поверхностей зубьев колеса 3 по всей их длине обеспечивается при соблюдении двух условий: во-первых, наличием режущих кромок смещенных на соседних зубьях инструментов 1 и 2 друг относительно друга, образованных в результате пересечения боковых поверхностей их зубьев 5 с винтовыми поверхностями стружечной канавки; во-вторых, отсутствием общих множителей чисел зубьев инструментов 1 и 2 и обрабатываемого колеса 3.
Формообразование боковых поверхностей зубьев обрабатываемого колеса 3 совершается за количество его оборотов равное числу зубьев инструментов 1 и 2. Далее производят синхронное для обоих инструментов прерывистое движение подачи врезания Sпр - сближение пересекающихся под углом 90о осей инструментов 1 и 2 и обрабатываемого колеса 3, с прерывистой подачей Sпр на величину 0,03.0,05 мм. Так завершают один рабочий цикл. За полный цикл обработки, для удаления всего припуска с боковых поверхностей зубьев обрабатываемого колеса 3 необходимо осуществить от двух до четырех рабочих циклов.
При достижении номинальных межосевых расстояний аW подачи врезания Sпр прекращают. Для улучшения качества обработки, после окончания рабочих циклов, осуществляют выхаживание - вращение обрабатываемой заготовки 3, находящейся в зацеплении с инструментами 1 и 2 в прямом и обратном направлениях на номинальных межосевых расстояниях аW и на пересекающихся под углом 90о осях.
Для обеспечения высоких параметров производительности и качества обработки числа зубьев инструментов 1 и 2 должны иметь наибольшее возможное значение, а также определяться рациональными размерами его внешнего диаметра d0. Диаметр начальной окружности заготовки колеса выбирают таким, чтобы он находился за пределами его активного участка профиля, то есть обеспечивалось предполюсное или заполюсное зацепление. В этом случае на всем рабочем участке профиля зубьев будут отсутствовать точки, на которых скорость скольжения равна нулю.
Предлагаемый способ был реализован при обработке цилиндрического зубчатого колеса с круговыми зубьями, выполненного из стали 20Х ГОСТ 4543-71, имеющего следующие основные параметры: модуль m=2
мм, число зубьев 2=11, коэффициент смещения исходного контура Х=0, номинальный радиус кривизны арки зуба R01=20 мм, ширина венца &=10мм.
Предварительное формообразование зубьев заготовки-колеса осуществлялось одной резцовой головкой. Окончательная обработка велась инструментами со следующими параметрами: модуль т0=2 мм, число зубьев 20=51, коэффициент смещения исходного контура х0=1,909 мм. Режимы обработки: снимаемый припуск, определяемый по развертке начального цилиндра в среднем сечении зуба - 0,12 мм, частота вращения обрабатываемого колеса п=800 мин-1, подача врезания 0,03 мм на рабочий цикл, количество рабочих циклов - 4, количество циклов выхаживания - 2. Колеса, обработанные по предлагаемому способу, по сравнению с колесами, обработанными по способу, описанному в ближайшем аналоге (прототипе) показали: улучшение комплексного показателя - пятна контакта с 45.50% до 65.75%, отсутствие асимметрии расположения пятна контакта вдоль линии зуба, уменьшение шума и вибраций собранной передачи, состоящей из идентичных зубьев на 4 дБ. Это свидетельствует, что при обработке заявленным способом, наблюдается улучшение геометрических параметров зубьев обрабатываемого колеса, существенное уменьшение погрешностей обработки, таких как переменный модуль по длине зуба, асимметрия линии зуба. Это в свою очередь, снимает существенные ограничения на ширину зубчатого венца обрабатываемого колеса и делает способ пригодным для обработки широковенцовых колес, что расширяет технологические возможности способа.
В результате проведения исследовательских и экспериментальных работ установлено следующее. При окончательной обработке инструментами, рассчитанными на угол поворота в=2°, с режимами, описанными выше, стало видно, что при в<3° значимого улучшения условий протекания процесса резания и уменьшения доли пластического деформирования в процессе обработки цилиндрических зубчатых колес шевингованием-прикатыванием не наблюдается. При этом улучшение точности и качества обработки не достигается.
При окончательной обработке инструментами, рассчитанными на угол поворота в=9°, с идентичными режимами стало видно, что при в=3 .15° наблюдается существенное улучшение условий протекания процесса резания, его стабилизация, уменьшение доли пластического деформирования в процессе чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес. При этом достигается улучшение точности и качества обработки.
При окончательной обработке инструментами, рассчитанными на угол поворота в=17°, с идентичными режимами стало видно, что при в>15° наблюдается интенсивное увеличение нагрузки на режущие кромки зубьев инструмента, что приводит к образованию сколов на них и, как следствие, ухудшению условий протекания процесса резания и увеличению доли пластического деформирования в процессе чистовой обработки цилиндриче-
ских зубчатых колес. При этом наблюдается ухудшение точности и качества обработки.
Список литературы
1. Патент на изобретение RUS 2224624 МПК 7 B23F19/06/ Карпухин В.П., Ямников А.С., Валиков Е.Н. Способ шевингования-прикатывания цилиндрических зубчатых колес. Опубл. 27.11.2001
2. Патент 2230635 РФ, МПК 7 B 23F 21/28. Дисковый шевер / Карпухин В.П., Ямников А.С., Валиков Е.Н. Опубл. 20.06.2004. Бюл. №17. 4 с.
3. Патент 2369469 РФ, МПК 7 B 23F 19/06. Способ обработки цилиндрических зубчатых колес шевингованием-прикатыванием / Маликов А.А., Валиков Е.Н., Ямников А.С., Сидоркин А.В. Опубл. 10.10.2009. Бюл. № 28. 4 с.
4. Маликов А.А., Сидоркин А.В. Способ обработки шевингованием-прикатыванием цилиндрических колес с круговыми зубьями // Известия ТулГУ. Технические науки, 2009. Вып. 2. Ч. II. С. 186-189.
5. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Ямников А.С. Инновационные технологии обработки зубьев цилиндрических колес: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 336 с
6. Патент 2479389 РФ, МПК 7 B 23F 9/06. Способ обработки цилиндрических зубчатых колес шевингованием-прикатыванием / Маликов А.А., Сидоркин А.В. Опубл. 20.04.2013. Бюл. № 11. 10 с.
Маликов Андрей Андреевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, andrej-malikovayandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Сидоркин Андрей Викторович, канд. техн. наук, доц., alan-a a.mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INCREASE OF EFFICIENCY OF PROCESSING OF CYLINDRICAL SPROCKETS WITH CIRCULAR TEETHS DISK SHEV-ROLLING
A.A.Malikov, A. V.Sidorkin
The features of the new licensed construction of the combined (cutting deforming) instrument - disk shev-rolling for a finish machining of cylindrical sprockets with circular teeths are reflected. Recommendations for choice optimum constructive decisions of the instrument proceeding from the shape of a line of the teeths processed by it of sprockets are worked out.
Key words: a front rake, exactitude, quality, symmetry, handling of teeths.
Malikov Andrey Andreevich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, andrej-mal iko va yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Sidorkin Andrey Victorovich, candidate of technical sciences, associate professor, alan-aa.mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
