Специфика профилирования режущих кромок шевера-прикатника Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ТЕХНОЛОГИИИ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ

УДК 621.83

А.А. Майков, Е.Н. Валков, А.С. Ямников (Тула, ТулГУ)

СПЕЦИФИКА ПРОФИЛИРОВАНИЯ РЕЖУЩИХ КРОМОК ШЕВЕРА-ПРИКАТНИКА

Даются основные положения профилирования нового инструмента шевера-прикатника - для отделочной обработки незакаленных цилиндрических колес. Кратко описываются сущность процесса и его теория.

В ТулГУ раработан способ финишной обработки цилиндрических зубчатых колес после предварительного формообраования зубьев литьем, пластическим деформированием, резанием [1]. Сущность способа заключается в следующем (рис. 1).

Заготовка 1 находится в беззазорном зацеплении с инструментом 2, наванным авторами шевером-прикатником [2]. Такое навание ему присвоено потому, что в процессе работы осуществляютсс срезание тонких слоев стружки и выглаживание боковых поверхностей зубьев заготовки за счет профильною проскальзывания.

Для интенсификации скоростей скольжения по рабочей высоте боковых поверхностей зубьев зубчатая пааа заготовка-инструмент проектируется с внеполюсным (предполюсным или заполюсным) зацеплением.

Обработку ведут с периодической радиаьной подачей после каждого из 3 - 4 рабочих ходов, включающих поворот шевера-ппикатника в прямом и обратном направления на количество оборотов, равное числу зубьев обрабатываемого колеса, и без радиаьной подачи в течение 1-2 ходов выхаживания, включающих поворот шевера-прикатника в прямом и обратном направления на количество обооотов, равное числу зубьев обрабатываемого колеса.

Число зубьев инструмента не должно иметь общих множителей с обрабатываемым колесом.

ппр. п0б.

где п ,п - - число

пр. - о0.

оборотов в прямом и обратном направлениях

Входная сторона Выходная сторона

и нструмен т ин струм е н т

Б

А\ /

заготовка А-А Р

^ЬаГС1ё£Р

а = 0,03...0,05

сминаемый слой металла

Р- >[в ]

N і- см. -I

заготовка

срез а ем ы й слой металла

a=0,03...0,05 чу

Скорость скольжения в заданной контактной точке

^ =0Мв (V0 ±У)-(Щв-^)

Рис. 1. Схема шевингования-прикатывания цилиндрических

зубчатых колес: т , - частота вращения обрабатываемой заготовки

и инструмента; £ - периодическая подача

Шевер-прикатник представляет собой корригированное цилиндрическое зубчатое колесо с режущими кромками, образованными пересечением боковых поверхностей зубчатого венца с одно или многозаходной винтовыми канавками, прорезанными ро всей высоте зуба (рис.2).

На рис. 2 представлены развертки цилиндров произвольного радиуса шеверов-прикатников. Формообразование боковых поверхностей зубьев обрабатываемой заготовки совеешается за количество оборотов инструмента, равное числу зубьев заготовки. Заготовка при этом совершает количество оборотов, равное числу зубьев инструмента.

На рис. 3 показана последовательность обработки боковой поверхности зуба колеса одно- и трехзаходным шевером-прикатником.

Предлагается следующая последовательность расчета координат точек режущих кромок шеверов-прикатников для обработки косозубых коле с [3]:

1) расчет основных геометрических паааметров цилиндрического зубчатого колеса и шевера-прикатника;

2) подготовка исходных данных для производящей поверхности и стружечной канавки шевера-прикатника в соответствии с рис. 4:

а) уравнения производящей поверхности:

- торцевой модуль

m

mt0 = cosP0 ’ ( )

где m - модуль,

Р0 - угол наклона зуба;

- торцевой угол профиля

tga

tgat0 =----— > (2)

cosp о

где a - угол главного профиля;

- делительный диаметр

d0 =mt0z0> (3)

где Z0 - число зубьев;

- основной диаметр

db0 =d0cos at0; (4)

б) уравнения стружечной канавки:

- желаемый угол наклона стружечной канавки P's;

- число заходов

Z's = Z0COS^, (5)

cos p0

принять zS целое число;

- уточненный угол наклона стружечной канавки

z

cosps = -^cosp0; (6)

z0

- торцевой угол профиля

tgts = ^; (7)

cos pS

- основной диамет стружечной канавки

1 m zs

dbs =—^cos ats; (8)

cos ps

Рис. 2. Развертки цилиндров радиусом гр на плоскость: а - шевер-прикатник с однозаходной стружечной канавкой; б - шевер-прикатник с трехзаходной правой стружечной канавкой; в - шевер-прикатник с трехзаходной левой стружечной канавкой;

г - шевер-прикатник с пятизаходной стружечной канавкой

1 оборот uнcmяyмeзma

1 оЯор я т mcmyyMeHma

2 оборот uнcmяyмeнma

3оЯорот uнcmяyмeзma

P 2s

(Nz-2). P2

4 о р ор от uнcmяyмз нта

2 оборот mcmyyMeHma

(K-I).^2-

3 оборот uHcmyyMepma

(Nz-2). P2A

4 о Pop от uнcmяyмeнma

5 о б oyom uнcmяммeнma

5 oOoy от uncm]7}!Mentif^ai

6 обoyom uнcmяммeнma

6 oOoyom uncm]7}!Mentif^ai

7 oOoyom uнcmяyмeнmak

8 о O oyom uнcmяммeнma

9 oOoyom uнcmяyмeнma\

10 oOoyom uнcmяммeнma

7 oOoy от и н cm рум ен т а

8 oOoy от uнcmяyмeнma

9 oOoyom uнcmяyмeнma§

10 oOoyom ин с прмм ент а

11 oOoyom uнcmяммeнma

11 oOoyom uнcmяммeнma

след от рєжущр кромок яacyoлoжeнныo на 1 -ом зажде; сллд от рєжущр кромок яacyoложенныо на 2-ом заход е; след от рєжущр кромок яacyoлoжeнныo на 3-ем зажде.

аб Рис. 3. Формообразование боковой оовеехности зубьев заготовки

в) определение центрального угла, соответствующего половине ширины впадины по основной окружности (производящей и стружечной), в соответствии с рис. 5:

- производящей поверхности

у0 = у-шуаю; (9)

- стружечной канавки

= у-шуа8; (10)

г) определение винтовой поверхности (производящей и стружечной):

- винтов л производящл повеехность

Ро =тлт, (11)

*ё30

где г0 - радиус делительной окружности производящей поверхности; Зо -угол наклона зуба;

- винтов а поверхность стружечной канавки

Р5 =——, (12)

где г$ - радиус делительной окружности стружечной канавки; 3$ - угол

наклона стружечной канавки;

3) определение координат режущих кромок шеверов-

прикатников:

- задаемся радиусами точек гj;

- определяем угол дав лени (профиля) в расчетной точке производящей поверхности

г

соб а; = —; (13)

' Г

- определяем угол давления (профиля) в расчетной точке сттужеч-ной канавки

-г*

соб а8; = —; (14)

г

- определяем Х; Уу, 2, прeдвaллeльно выбрав знаки определив углы Ф01; и бц в соответствии с табл. 1.

Фоу = =^“(0 - ^8 +1Пуа; _ Пуа8; )

(15)

Р^ _1

Р8

§1; =^0 +Ф01; +1ПУаг

ХІ)=Г)С08 8і;, У^ЯП 8

^Іі = РоФоіі-

и стружечной канавки

аб Рис. 5. Схемы для определения углового положения разносторонних

боковых поверхностей: а - производящих; б - стружечной канавки

Выбор знаков

№ режущей кромки Уо у ітаа іта^ Ро

1 (а >0,а^ >0) + + + + -

2 (а >0,а^ < 0) + - + - -

3 (а < 0,а^ > 0) - + - + -

4 (а < 0,а^ < 0) - - - - -

Расчет координат точек профиля шеверов-прикатников для обработки прямозубых колес производитс по следующей методике.

Стружечная канавка имеет образующую прямолинейную в осевом сечении.

Общий случай: правая сторона впадины зуба - правая сторона канавки в торцовой плоскости (УЯ-КЯ).

Если смотреть вдоль оси У, то в осевой плоскости угол наклона образующей ККЯ будет откладываться по часовой стрелке от осиХ (как показано на рис. 4).

В начальный момент (при 2 =0) образующая пересекает ось Х в точке Х =Ьк .

Величина Ьк постоянна.

Таким обраом, канавка задаетсс двумя параметрами: Ькя Ккя .

Соответственно лева сторона определяется параметрами Ькь Ккь , причем Е,кь < 0.

Развертка цилиндра г.

Рис. 6. Схема для определения координат точек режущих кромок Х..,У..,2..

У У У

Рассмотрим развертку цилиндра радиуса г..

В началный момент (в осевой плоскости) точка канавки на радиусе г. будет иметь координату

По развеетке можно составить зависимости:

Г-5-=[2ч + 1-2* )к Р- (18)

г-§ = rj(та + 1ПУ^ )+ 2^0-, ’

ГЬ0

где соБаj

Г

Придав нива левые и правые части уравнений, получим [2Ч + ( 2кj )^3к- = Г + туа)+ 2^Р-;

21-^Рк- “2к-^Р =(ук —р

rj (УК + 1пуа-) + 2к-^Рк-

2 —йс-а-—; (1,)

г-

rj (ук+1пуа)+2*

рк .

2- =-----------------------------------------------------------------------------------Г-Г- (20)

Рк Ро

2к

+1nуаJ + —-

2- =-----------1—р^; (21)

Рк Ро

2--2к- 2-

5у = -^-----1 ^ §у = VУК +1пуа + — (рад.); (22)

Рк Ро

Х1- = г- соБ б^; (23)

=г-б1п §1-. (24)

Координаты точек режущих кромок рассситываем по формулам (21), (23), (24) [4].

Выбор знаков:

УЯ-КЯ >0 а- >0 Кк > 0 ;

УЯ-КЬ ^УК >0 а- > 0 Кк < 0;

УЬ-КЯ ^УЪ <0 а- < 0 Кк > 0;

УЬ-КЬ ^Уъ <0 а- < 0 Кк <0.

Шевер-прикатник, рассчитанный по пуиуeдeннoй методике, был испытан при обработке цилиндрических зубчатых колес с модулем т = 2 мм, числом зубьев г = 11, коэффициентом смещения х = 0. Оббаботка производилась одним шевером-прикатником с радиаьной подачей на токарном станке 16К20. Заготовки предварите л но были нарезаны зубофрезееованием. Результаты обработки экспериментальных данных методами математической статистик при обработке партии колес из 50 штук покаали:

а) расположения и характеристики кривых распределения по параметрам: - радиальное биение зубчатою колеса, /іг - наибольшее радиальное биение на одном зубе, убеждают в высокой (3 -я степень точности) исправляющей способности процесса шевингования-прикатывания именно по этим параметрам;

б) ккивые распределения для патаметров: /Рг - погрешности шага, ¥Р

- накопленной погрешности шага до и после шевингования-прикатывания, мало оттичаются по значениям и расположению, это говооит о невысокой (1-я степень точности) исправляющей способности, что характерно для способа обработки по метод свободного обката;

в) большие по величине погрешности предварительной обработки по радиальным составляющим кинематической точности (200 мкм) и плавности (201мкм) приводят к увеличению тангенциальной составляющей кинематической погрешности Рушг-

Экспериментально установлено, что радиальная составляющая кинематической точности и плавноти/іг улучшается на 3-й степени точ-

ности, а тангенциальная составляющая кинематической точности ¥ушг и плавности /ушг ухудшается на 1-й степень точности, что интегрально дает повысить точность на 2-й степени при повышении производительности в 3

- 4 рта по сравнению с другими окончательными обработками.

Библиографический список

1.Пат. 2224624 Росийская Федерация, МПК7 В 23F 19/06. Спооб шевингования-прикатывания цилиндрических зубчатых колес / Карпухин

В.П., Ямников А.С., Валиков Е.Н.; заявитель и патенообладател ТулГУ. -№2001132029/02; заявл. 27.11.2001; опубл. 27.02.2004, Бюл. №6. - 8 с.: 2 ил.

2.Пат. 2230635 Российская Федерация, МПК7 В 23F 21/28. Дисковый шєвєр / Катпухин В.П., Ямников А.С., Валиков Е.Н.; заявитель и па-тенообладатель ТулГУ. - №2001132030/02; заявл. 27.11.2001; опубл. 20.06.20 04, Бюл. №17. - 4 с.: 2 ил.

3. Валиков Е.Н. Расчет кооодинат профиля режущих кромок шеве-ра-прикатника / Е.Н. Валиков, Н.Г. Стаханов, В.А. Белякова // Изв. ТулГУ. Сер. Технология машиностроения. - 2004. - Вып. 1. - С. 61-65.

4.Белякова В.А. Математическая модель расчета координат точек режущих кромок шeвeра-прикатника с прямыми зубьями / В.А. Белякова // Международная научно-техническая электрона Интернет-конференция «Инструментальное и метрологическое обеспечение машиосттоетельных производств 2006». - 2006.

Получено 17.01.08.