CC BY
67
УДК 621.83
А.А. Маликов, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой,
А.В. Сидоркин, канд. техн. наук, доц., (4872) 33-23-10, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ НАЛАДКИ СТАНКОВ С ЧПУ НА ОБРАБОТКУ КРУГОВЫХ ЗУБЬЕВ ШЕВЕРОВ-ПРИКАТНИКОВ
Рассмотрены основные особенности расчета параметров наладок станков с ЧПУ на обработку круговых зубьев режуще-деформирующих инструментов - шеве-ров-прикатников. Представленные методики расчета также могут быть использованы при проектировании операций зубообработки цилиндрических колес с круговыми зубьями.
Ключевые слова: шевер-прикатник, станок с ЧПУ, инструмент, резцовая головка, зубофрезерование.
Конструкция комбинированного (режуще-деформирующего) инструмента - шевера-прикатника, показана на рис. 1. Он представляет собой цилиндрическое зубчатое колесо, линией зуба которого является дуга окружности. Боковые поверхности 1 зубьев инструмента являются эволь-вентными в его среднем сечении, а во всех других сечениях - квазиэволь-вентными. Режущие кромки 2 инструмента образованы пересечением винтовой поверхности стружечной канавки 3 трапецеидального профиля и боковых поверхностей 1 зубьев инструмента. За счет такого решения режущие кромки 3 смещены в осевом направлении относительно друг друга на величину А [1,2].
Для осуществления зубообработки венца инструмента был принят следующий технологический регламент:
1) черновое прорезание впадин инструмента углом цельной твердосплавной фрезы d=8 мм с удалением до 70 % металла из впадин шевера-прикатника [3];
2) получистовая обработка зубьев инструмента двусторонней торцовой ЗРГ (с зауженными на величину припуска под чистовую обработку зубьями) с радиальной подачей;
3) получистовая обработка зубьев инструмента двусторонней торцевой ЗРГ (с зауженными на величину припуска под чистовую обработку зубьями) с движением обката;
4) раздельная чистовая обработка выпуклой и вогнутой сторон зубьев инструмента односторонними торцевыми ЗРГ с движением обката.
Для первого перехода рассматриваемой операции расчет сводится к установлению такой глубины врезания фрезы, которая не повлекла бы подрезание боковых поверхностей зубьев и в то же время оставляла бы достаточный припуск для последующей обработки (в самых узких местах).
В
Рис. 1. Инструмент для чистовой обработки цилиндрических
колес с круговыми зубьями
Задача определения координат опорных точек для построения управляющей программы (УП) цикла черновой обработки впадин венца инструмента может быть решена с высокой степенью точности при помощи пакета прикладных программ «Компас» фирмы «Аскон» и входящего в данный пакет приложения «Компас 8Ьай-2В».
Для обработки узковенцовых инструментов (Ь<10т), имеющих небольшую кривизну арки зуба, можно использовать движение по прямой; для других случаев дугу окружности можно аппроксимировать двумя (или более) отрезками либо вести обработку непосредственно по дуге окружности.
Для составления УП необходимы данные о начальной и конечной точках движения инструмента, угловом положении обрабатываемой заготовки и характере движения. Методика нахождения координат искомых точек пояснена на рис. 2.
Система координат принята аналогичной системе координат станка ОЦ1И22. С помощью приложения «Компас 8Ьай-2Б» производится построение эвольвентных профилей двух соседних зубьев инструмента в его торцовом сечении, так чтобы ось симметрии впадины между ними совпадала с осью 07. Для расчета координат опорных точек траектории движения инструмента при черновой обработке впадины зубчатого венца становится возможным следующее упрощение - замена эвольвент дугами окружностей 1 и 2 (для выпуклой и вогнутой сторон зуба соответственно).
Обозначим касательные к данным окружностям под углом 45о к оси 0/. Проведем прямые, параллельные касательным и смещенные относительно них на величину AZ (минимального припуска, необходимого для последующей обработки) для выпуклой стороны зуба и величину AZ+AS
(где А£ - показатель кривизны арки зуба). Точка Р пересечения данных прямых будет определять положение кромок фрезы. Введя дополнительную систему координат, оси которой 071 и 0У1 повернуты относительно осей 07 и 0У основной системы координат на угол ф=45о, можно найти в ней координаты точки Р (23,67; 24,97).
Рис. 2. Схема к определению координат ^ и опорных точек для чернового прорезания впадин инструмента
Для расчетной точки 0і на инструменте координаты определяются по формуле
у\ - у\ + ;
9 - Гр + 2 ; (1)
^01 - ^Р.
Для фрезы диаметром 8 мм искомыми координатами являются 0і(27,67; 24,97).
Для фактического воплощения операции поворота координатных осей на угол ф необходимо осуществить доворот заготовки по угловой координате А (отсчитываемой относительно оси поворотного устройства
станка) на угол ф с последующим доворотом в обратном направлении, осуществляемом по завершении цикла обработки.
Координата X опорных точек траектории движения инструмента может быть легко найдена из схемы, приведенной на рис. 2.
Координаты по оси 0Х точек начала 01 и конца 02 рабочего хода инструмента определяются по формуле
ХО1 — ^ш,-пр + 1вр + 2 ;
ХО2 --1
а
фр
(2)
пер
2
где /вр и /пер - длина пути врезания и перебега инструмента; &ш-пр ширина шевера-прикатника.
Рис. 2. Схема к определению координаты опорных точек для чернового прорезания впадин инструмента
Тогда путь, пройденный инструментом,
^р.х. _ /вр + ^ш,-пр + /пер + ^фр.
Делительное движение является вспомогательным и осуществляется на угол
АА
360
г
0
(4)
где г - число зубьев обрабатываемого шевера-прикатника.
При получистовой обработке зубьев инструмента двусторонней торцовой ЗРГ с радиальной подачей движения аналогичны представленным выше (при замене осевой подачи на радиальную), поэтому здесь не рассматриваются.
Для получистовой обработки зубьев инструмента двусторонней торцовой ЗРГ с движением обката необходимо произвести доворот заготовки на угол фоі. Значение данного угла определяется из рис. 3 - 5 и
формулы (7). Для осуществления движения обката необходимы два согласованных между собой движения: поворот заготовки (координата А) относительно оси поворотного устройства станка на угол фобк с частотой вращения и поперечная подача Б^у стола станка (координата У) на
длину Ьобк (рис. 3). Для нахождения длины пути обката проведем дополнительные построения (рис. 4, 5).
Длина пути обката рассчитывается по формуле
Ьобк = 2 -у + ^вр + ^пер + 2Л^ + 0е12—01, (5)
где /Х /2 - длина полухорды окружности вершин зубьев, касательная к окружности впадин зубьев:
/ . (г{Л
— = га • Б1п(агссо8 — ;
2 I га )
/вр - длина пути врезания инструмента (рис. 5), определяемая исходя из
расстояния ЬИ, измеренного в направлении, перпендикулярном окружности вершин зубьев (принимается равным 1 мм).
Тогда /вр можно найти по формулам
ЬИ
81п а
а = агссоБ
\
га )
где /пер - длина пути перебега инструмента, в общем случае принимается
/пер = /вр; ^ - расстояние, учитывающее заужение зубьев получистовой
головки, а также припуск, оставленный под чистовую обработку зубьев; Оое! и Пои - наружный и внутренний диаметры вершин зубьев двусторонней торцовой ЗРГ.
Рис. 3. Движение обката при получистовой обработке впадины инструмента двусторонней ЗРГ
Рис. 4. Определение составляющей длины пути обката
Рис. 5. Определение угла доворота Лф1
Для составления УП необходимо также знать координаты расчетной точки инструмента в начале движения обката. Для линейной координаты У вычисляется по формуле
Yol = |+1вр +^ + (6)
Для угловой координаты
Фо1 =Лф + Лфъ (7)
где Лф - начальный угол доворота, определяемый из рис. 3.31; Лф1 - дополнительный угол доворота (рис. 5), соответствующий длине врезания
/вр, входящей в длину пути обката /обк:
(8)
Дф! = аг
\ га •
Угол поворота заготовки во время движения обката фобк рассчитывается по формуле
ф - — 180 ' Ьобк (9)
фобк — , ч • (9)
п( г0 +Х 0 т)
Синхронизация линейного и кругового движений в процессе обката осуществляется автоматически системой ЧПУ станка и позволяет устанавливать величину рабочей подачи движения обката по одной из координат (предпочтительно по линейной - У).
Координата 2 точек 01 и 02 инструмента, как видно из рис. 3 будет равна величине гу 0.
Величина перемещения точек, расположенных на различных уровнях режущих кромок зубьев ЗРГ будет одинаковой.
Для расчета параметров наладки станка на чистовую обработку выпуклых сторон зубьев инструмента односторонней торцовой ЗРГ справедливы формулы, приведенные выше. Однако формулы (5) и (6) должны быть скорректированы для работы одностороннего инструмента с зауженным зубом без оставления последующего припуска. Тогда в соответствии с рис. 6:
/х 1 пт _ __ D0i2 ....
Уо1 = ~х^ + 1вр + _2~- 2,25т • ^а + —2—; (10)
~/х г г пт _ __ ......
^обк = 2~ + 1вр + 1пер +“у - 2,25т • tga. (11)
Для расчета параметров наладки станка на чистовую обработку вогнутых сторон зубьев инструмента односторонней торцовой ЗРГ также
справедливы формулы, приведенные выше. Однако формулы (5) и (6) так-
же должны быть также скорректированы. Тогда в соответствии с рис. 7:
Го1 = | + 1вр + ^21; (12)
Азбк = ■у + 1вр + 1пер + 0е32—— ■ (13)
где /пер - длина пути перебега инструмента, в данном случае принимается /пер = 5...7 мм.
Рис. 6. Движение обката при чистовой обработке выпуклой стороны зуба инструмента односторонней ЗРГ
Рис. 7. Движение обката при чистовой обработке вогнутой стороны зуба инструмента односторонней ЗРГ
Величина /пер определяется исходя из того, что инструмент работает только при обработке вогнутой стороны зубьев шевера-прикатника, следовательно, на второй половине пути обката инструмент не совершает резания и работает вхолостую. Для обеспечения гарантии обработки вогнутой стороны зубьев шевера-прикатника по всей их высоте величина /пер принимается достаточно большой.
Список литературы
1. Маликов А. А., Сидоркин А.В. Шевингование-прикатывание цилиндрических колес с круговыми зубьями // Известия ТулГУ. Технические науки. 2008. Вып. 2. С. 69-76.
2. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Легейда В.Ю. Особенности конструкции комбинированного режуще-деформирующего инструмента для обработки цилиндрических колес с арочными зубьями // Известия ТулГУ. Технические науки. 2009. Вып. 2. Ч. 2. С. 169-172.
3. Маликов А. А., Сидоркин А.В. Методы нарезания арочных зубьев комбинированного инструмента для обработки цилиндрических зубчатых колес // Известия ТулГУ. Технические науки. 2008. Вып. 3. С. 129-134.
A.A. Ma/ikov, A.V. Sidorkin
CALCULATION OF PARAMETERS OF ADJUSTMENT OF MACHINE TOOLS WITH CNC ON PROCESSING OF CIRCULAR TEETH OF SHA VE-ROLLERS
Ca/cu/ation ofparameters of adjustment of machine too/s with CNC on processing of circu/ar teeths shave-ro//ing basic features of ca/cu/ation of parametres of adjustments of machine too/s with CNC on hand/ing of circu/ar teeths of cut-deforming instruments -shave-ro//ing are considered. Introduced design procedures a/so can be used at projection of teeths the processing cy/indrica/ sprockets with circu/ar teeths.
Key words: shave-ro//ing, machine too/s with CNC, instrument, cutter head,
hobbing.
Получено 16.12.10
