Схемы чистовой зубообработки резцовыми головками методом огибания

УДК 621.833

СХЕМЫ ЧИСТОВОЙ ЗУБООБРАБОТКИ РЕЗЦОВЫМИ ГОЛОВКАМИ МЕТОДОМ ОГИБАНИЯ

Г.В. Малахов, А.В. Михайлов, И. А. Савичев

Рассмотрены процессы и инструменты для зубообработки методом огибания с использованием зубообрабатывающих инструментов - резцовых головок большого диаметра, работающих без подачи вдоль оси зубчатого колеса. Приведен анализ основных конструктивных особенностей различных типов резцовых головок и обобщенные достоинства их использования.

Ключевые слова: способы зубообработки, режущий инструмент, заготовки с зубьями, дисковые резцовые головки, червячные головки.

На протяжении многих лет, кафедрой технологии машиностроения Тульского государственного университета ведутся работы по созданию новых технологических схем изготовления зубчатых колес относительно небольших габаритных размеров.

Типичными их представителями являются колеса мотопроизводства (m = 2,5 мм, z = 17-27, сталь 12ХН3А, ширина венца b = 10...22 мм).

Перспективные технологические процессы изготовления таких колес основываются на использовании точных штампованных заготовок с оформленными зубьями.

Механическая обработка заготовок (до термообработки) состоит из следующих основных этапов:

1) обработка центрального отверстия и торца;

2) обработка противоположного торца;

3) обработка (фрезерование) торцов венца и наружных цилиндрических поверхностей ступицы зубчатого колеса;

4) чистовое зубонарезание;

5) снятие заусенцев и наложение фасок по контуру зубьев.

Таким образом, по сравнению с традиционной технологической схемой получения зубчатых колес 7-й - 8-й степени точности, которая предусматривает, как минимум, две зуборезные операции: предварительное зубонарезание и шевингование или предварительное зубонарезание и обкатка сокращается одна зуборезная операция.

Используемый в приведенной технологической схеме способ зубо-обрботки, наряду с высокой производительность, должен обладать еще и высокой исправляющей способностью, поскольку зубчатый венец после штамповки имеет весьма низкую точность (12-я степень и хуже).

Указанным требованиям отвечают разработанные с участием кафедры процессы и инструменты для чистового зубонарезания [1]. Характерными особенностями таких инструментов являются относительно

110

большой диаметр (200... 220 мм) и нулевой угол профиля, что в совокупности дает возможность обрабатывать узковенцовые заготовки без продольной подачи.

При большом диаметре открывается возможность разместить в корпусе инструмента взаимозаменяемые резцы, т.е. создать технологичные, удобные в эксплуатации конструкции.

Разработано два типа резцовых головок: для работы по прерывистому циклу обката с единичным делением и для работы с непрерывным делением на зубофрезерных станках [2].

При работе по схеме зубонарезания с прерывистым циклом обката (рис. 1) две линии резцов устанавливаются в корпусе дисковой резцовой головки таким образом, чтобы расстояние между противоположными профилирующими кромками равнялось длине общей нормали обрабатываемого колеса [3].

Обкатывание производится в одну сторону до положения окончания профилирования эвольвентного участка. После этого производится реверсирование движений обката и аналогичным образом обрабатывается противоположная сторона профиля другого зуба. После возврата в среднее положение осуществляется деление на зуб.

Анализ работы дисковых резцовых головок показывает, что для достижения высокой производительности (при работе на высоких скоростях резания) и требуемой по нормам точности (7-я степень) величины огранки достаточно, чтобы в работе находился всего один резец. Увеличение количества резцов в корпусе инструмента в итоге приведет к повышению общей размерной стойкости многорезцовой головки, однако, режущие способности инструмента в этом случае недоиспользуются вследствие уменьшения срезаемых слоев металла. Изнашивание инструмента при этом происходит неорганизованно.

Можно предположить, что в наибольшей степени изнашиваются те лезвия, на которые из-за биения приходятся большие толщины срезаемых слоев металла [4].

Для более рационального использования каждого (взаимозаменяемого) резца следует распределить снимаемый припуск между несколькими резцами головки и выделить один резец для окончательного профилирования. В этом случае на протяжении одного оборота головки в работе будут участвовать несколько резцов, режущие кромки которых специализированы в соответствии со схемой срезания припуска.

Разделение припуска между резцами можно осуществить с помощью клиновой шайбы, торцовые поверхности которой являются установочной базой для левого и правого корпусов (рис. 2).

За счет определенной величины наклона резцовых полуголовок осуществляется разделение припуска между участвующими в работе резцами. Вследствие этого при общем количестве в каждом ряду 12 резцов в

работе (срезании припуска) принимают участие четыре резца - I, II, III, IV. Каждый из них снимает часть общего припуска, а один из этой группы - III осуществляет окончательное формообразование профиля. Это дает возможность после затупления группы работающих резцов ввести в работу следующую не затупившуюся группу, повернув резцовые полуголовки относительно клиновой шайбы на 120°.

Ь

11- I И

Рис. 1. Схема зубообработка дисковыми резцовыми головками

с нулевым углом профиля

112

Рис. 2. Установка резцовой головки с клиновой шайбой и схема срезания припуска

Такое конструктивное решения позволяет значительно снизить нормы точности на биение режущих кромок, т.к. биение будет отражаться лишь на распределении припуска между участвующими в резании лезвиями группы из 4-х резцов, что не критично для их работы.

Клиновая шайба дает возможность осуществлять в небольших пределах тонкую регулировку величины базового расстояния между противоположными профилирующими резцами. Для этого предусмотрена возможность перемещения шайбы по направляющим базирующей оправки [5].

При работе с прерывистым циклом обката главное движение - вращение инструмента - не имеет жесткой связи с движениями обката. Это дает возможность работать с высокими скоростями резания, т.е. использовать в качестве инструментальных материалов твердые сплавы и композиты. За счет работы на высоких скоростях резания (V = 200...400 м/мин) производительность процесса, несмотря на относительно высокий удельный вес холостых ходов, достигает 1,5...1,8 с/зуб (т = 2,5 мм).

Чистовая обработка колес резцовыми головками с нулевым углом профиля требует наличия специальных станков или хотя бы специализированных станочных установок. В связи с этим были разработаны процессы чистового зубонарезания, которые основаны на использовании серийно выпускаемых зубофрезерных станков. В качестве инструментов было предложено использование резцовых одновитковых головок червячного типа с нулевым углом профиля.

Червячные резцовые головки, работающие по схеме червячного зу-бофрезерования, могут быть выполнены в двух вариантах - как цилиндрические, так и конические резцовые головки (рис. 3).

В обоих случаях при достаточно большом диаметре инструмента имеется возможность работать без продольной подачи вдоль оси заготовок, что и определяет высокую производительность процесса. Резцовые

113

головки разделены на две - правую и левую части, соответственно профилирующие правую и левую стороны зубьев колеса. Режущие лезвия, расположенные вблизи линии, перпендикулярной оси инструмента и проходящей через ось заготовки, имеют дополнительное назначение - обработку переходной поверхности и, если это необходимо, дна впадины заготовки. Указанные поверхности в отличие от боковых сторон зубьев обрабатываются по методу копирования [6].

Рис. 3. Схемы резцовых головок червячного типа: а - цилиндрической;

б - конической

При сравнении вариантов червячных резцовых головок можно отметить то обстоятельство, что цилиндрические резцовые головки должны иметь шаг между профилирующими точками лезвий в осевом направлении, равный основному шагу обрабатываемого зубчатого колеса, т.е. являются инструментами сугубо специальными. В то же время у конических резцовых головок шаг между зубьями вдоль образующих полуголовок равен делительному шагу колеса, а профиль зуба производящей рейки каждой полуголовки является стандартным, т.е. двадцатиградусным. Такой инструмент более универсален, но в технологическом отношении он менее удобен. Следует отметить еще одну важную особенность рассматриваемых резцовых головок (червячного типа). При малом припуске на обработку количество резцов, минимально требуемое для профилирования боковых сторон зубьев, не велико. Увеличение диаметра инструмента позволяет, соответственно, поместить количество резцов большее, чем минимально

необходимое по расчету, что создает определенный запас резцов. Это позволяет, оставив в корпусе инструмента свободный от резцов сектор для установки и снятия заготовки, работать по принципу непрерывного протягивания с соответствующей «специализацией» резцов за счет расстановки их в пазах корпуса по определенной схеме.

В большинстве случаев для профилирования зубьев колеса достаточно, чтобы режущие кромки инструмента располагались на протяжении одного витка.

При использовании резцовых головок червячного типа для чистового зубонарезания заготовок колес со штампованным зубом производительность процесса достигает примерно 1 с/зуб (при V = 35 м/мин, Ь = 10 мм, т = 2,5 мм).

Обобщая достоинства приведенного направления развития методов и способов зубообработки можно отметить следующее.

1. Рассмотренные процессы чистового зубонарезания и инструменты для их осуществления обеспечивают высокую производительность и обладают хорошей исправляющей способностью. Их применение наиболее целесообразно в технологической схемой изготовления зубчатых колес, основанной на использовании точных штампованных заготовок с оформленными зубьями.

2. Конструкции резцовых головок как дисковых, так и червячного типа позволяют использовать взаимозаменяемые резцы с механическим креплением режущих пластин, затачиваемые вне корпуса инструмента.

3. При большом диаметре инструментов - дисковых резцовых головок и резцовых головок червячного типа появляется возможность осуществлять зубонарезание без продольной подачи вдоль оси заготовки, что существенно увеличивает производительность процессов и упрощает реализацию их кинематических схем.

Список литературы

1. Маликов А. А., Ямников А.С. Прогрессивные способы чистовой обработки эвольвентной поверхности цилиндрических колес // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 8. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. С. 37 - 48.

2. Федоров Ю.Н., Артамонов В.Д., Золотухина О.Л. Методика параметрической стабилизации процесса зубообразования по методу обката // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 8. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. С. 102 - 109.

3. Коганов И. А. Прогрессивная обработка зубчатых профилей и фасонных поверхностей. Тула: Приокское кн. изд-во, 1970. 184 с.

4. Малахов Г.В., Птицын В.В., Горохов А.В. Оценка сочетаний параметров зубчатых колес из заготовок с предварительно оформленными зубьями // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 8. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. С. 297 -303.

5. А.с. 753566 СССР. Резцовая головка / И.А.Коганов, Ю.Н. Федоров, Г.В. Малахов. Опубл. 07.08.1980. Бюл. № 29.

6. Малахов Г.В., Горохов А.В. Моделирование коэффициента впадины зубчатых колес из заготовок с предварительно оформленными зубьями // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 8. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. С. 303 -312.

Малахов Геннадий Викторович, канд. техн. наук, доц., tms a t.su.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Михайлов Александр Владимирович, канд. техн. наук, доц., tmsa tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Савичев Иван Александрович, студент, tmsa tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

FINISHING GEAR TREATMENT SCHEMES BY ROUNDING CUTTER HEADS G. V. Malakhov, A. V. Mihailov, I.A. Savitchev

The processes and tools for gear treatment method of rounding using the gear cutting tools - tool heads of large diameter , working without feeding along the gear axis. It indicates the main design features of the different types of tool heads and generalized advantages of their use.

Key words: gear treatment methods, cutting tool, workpiece with teeth , disc cutting units, worm head.

Malakhov Gennady Viktorovich, candidate of technical science, docent, tms@tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Mihailov Aleksandr Vladimirovich, candidate of technical science, docent, tmsa tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Savitchev Ivan Aleksandrovich, student, tmsatsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University