К вопросу обеспечения размерного контроля шеверов-прикатников для обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями

В результате проведения исследовательских и экспериментальных работ изготовлена и апробирована рассматриваемая конструкция алмазного зубчатого хона.

Статья написана в результате исследования, проведенного при финансовой поддержке гранта РФФИ № 09-08-99004 «Разработка научных основ создания ресурсосберегающих технологий высокопроизводительной зубообработки закаленных цилиндрических зубчатых колёс».

Список литературы

1. Производство зубчатых колес: справочник / С.Н. Калашников [и др.]; под общ. ред. Б.А. Тайца. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1990. 464 с.

2. Алмазные зубчатые хоны. Усовершенствование зуборезного инструмента./ М.З. Мильштейн [и др.] // Материалы конференции. М, 1969., С. 234-241.

3. Зубчатый хон: пат. 79822 Российская Федерация. № 2008107064; заявл. 27.02.2008; опубл. 20.01.2009. Бюл. № 2. 2 с.

A. Malikov, A. Sidorkin

Features of the design diamond gear hone for processing of the cylindrical wheels

The features of the new patented design diamond gear hone for finishing processing of the tempered cylindrical cogwheels are considered.

Получено 07.04.09

УДК 621.83

А.В. Сидоркин, асп.,

К ВОПРОСУ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАЗМЕРНОГО КОНТРОЛЯ ШЕВЕРОВ-ПРИКАТНИКОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС С КРУГОВЫМИ ЗУБЬЯМИ

Рассмотрены основные пути обеспечения размерного контроля комбинированного инструмента (шеверов-прикатников) для чистовой обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями. Определена оптимальная схема увязки процесса изготовления шеверов-прикатников с процессом его размерного контроля, позволяющая добиться высокой эффективности в условиях современного инструментального производства.

Ключевые слова: шевер-прикатник, контроль, обрабатывающий центр, точность, зубчатые колеса.

При изготовлении шеверов-прикатников для обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями в условиях инструментального производства становится актуальной проблема размерного контроля их зубчатых венцов.

Конструкция комбинированного (режуще-деформирующего) инструмента - шевера-прикатника подробно рассмотрена в [1, 2].

Для получения хороших точностных показателей венцов зубчатых колес, обрабатываемых инструментом данной конструкции, требуется обеспечение высокой точности зубчатого венца самого инструмента (порядка 6-й степени точности и выше). Это, в свою очередь, требует обязательного применения контроля как на операциях чистовой обработки венца и спиральной стружечной канавки шевера-прикатника, так и инструмента в процессе его износа до и после переточек.

Конструктивные особенности инструмента накладывают ограничения по сроку его службы и количеству переточек. Износ режущих клиньев инструмента происходит как по передней, так и по задней поверхностям, при этом режущие кромки могут «заминаться» внутрь спиральных стружечных канавок и даже частично скалываться при отсутствии своевременной переточки. Размерный износ задних поверхностей зубьев инструмента является важнейшим параметром, определяющим срок его службы, так как переточка инструмента по данным поверхностям неэффективна. Таким образом, переточка инструмента возможна только по передней поверхности режущих клиньев, т.е. по поверхности спиральной стружечной канавки, при этом шаг между режущими кромками на соседних зубьях увеличивается, а толщина зубьев уменьшается. При переточке слой металла, удаляемый с каждой стороны спиральной стружечной канавки, может достигать

0,3...0,45 мм.

Проведем краткий обзор наиболее распространенных в производстве методик контроля, применимых для зубчатых венцов и осуществляемых на сегодняшний день. Методика контроля профиля зуба по роликам в данном случае не применима из-за характера линии зуба инструмента, представляющей собой дугу окружности, она также не применима по шарикам из-за наличия на боковых поверхностях зубьев венца прерывистостей, образованных из-за пересечения со спиральной стружечной канавкой. Аналогичная проблема возникает и при использовании универсальных зубо-меров, оснащенных измерительными губками, и т.п. Методика контроля по зацеплению с эталонным колесом не позволяет в полной мере произвести контроль по всем интересующим параметрам зубчатого венца инструмента, требует существенных затрат на изготовление эталонного колеса для каждого типа шевера-прикатника, также не позволяет производить контроль поверхностей спиральной стружечной канавки.

Для поверхностей спиральной стружечной канавки весьма распространенным способом контроля является контроль по калибрам-шаблонам, однако и он обладает существенными недостатками: требуется широкая номенклатура дорогостоящих калибров, отсутствует возможность применения одного и того же калибра в процессе контроля инструмента при его переточках.

Кроме того, все вышеописанные методы контроля осуществляются в основном в ручном режиме, что требует значительных затрат рабочего времени и хорошей квалификации контролера. Поэтому предлагается использовать для обеспечения размерного контроля шеверов-прикатников с круговым зубом системы автоматического контроля на базе контактного датчика ОМР-40 фирмы «КешэЬа'т) (рис. 1). Система ОМР-40 может оснащаться широкой номенклатурой сменных измерительных щупов с диаметром рубинового наконечника-шарика от 0,2 мм.

Данная измерительная система за счет развитого программного и аппаратного обеспечения может быть эффективно интегрирована в большинство современных систем ЧПУ класса РСКС. Кроме того, использование такой системы, построенной по модульному принципу, возможно совместно с широкой номенклатурой вертикально-фрезерных станков с ЧПУ и обрабатывающих центров зарубежного и отечественного производства (рис. 2). Причем станки должны быть дополнительно оснащены поворотным устройством со следящим приводом четвертой круговой координаты.

Такое решение дает возможность проводить межоперационный и окончательный контроль венцов шеверов-прикатников с высокой степенью точности непосредственно на станке. При использовании в условиях инструментального производства зарубежных станков повышенной точности и их своевременной переаттестации в процессе эксплуатации погрешность измерений с помощью указанной системы можно свести к ±1,5.3 мкм, что является хорошим показателем.

Поэтому на данном оборудовании для широкой номенклатуры рассматриваемого зуборезного инструмента с круговым зубом становится возможным реализовать как обработку, задействовав одновременно 3 координаты (линейные 7, У и угловую В), так и межоперационный и окончательный контроль, задействовав все 4 координаты станка. Существенным фактором экономии является также возможность использования одного комплекта технологической оснастки в процессе изготовления и контроля шеверов-прикатников.

Вместе с тем, при рассмотрении возможности использования координатно-измерительных машин для окончательного контроля шеверов-прикатников как альтернативу предложенному методу контроля можно утверждать, что это менее оправдано из-за их высокой стоимости, сопоставимой со стоимостью основного технологического оборудования, что в современных экономических условиях просто неприемлемо.

Ф

Рис. 1. Внешний вид системы автоматического контроля ОМР-40 фирмы «Renishaw»

Рис. 2. Структура системы автоматического контроля

шеверов-прикатников

Рассматриваемый способ контроля должен базироваться на методике определения координат характерных точек, принадлежащих режущим кромкам зубьев шевера-прикатника и расположенных на различных высотах. Однако непосредственный процесс определения координат этих точек является затруднительным ввиду неустойчивости положения контакта рубинового шарика измерительного щупа и острой режущей кромки инструмента (в идеале - линии). Так как контакт сферы и линии осуществляется теоретически в одной точке, то под действием упругих сил от пружин измерительного датчика шарик будет все время смещаться - «скатываться с кромки». Следовательно, для контроля положения точки на кромке ее надо «обкатать» шариком. Такой способ измерения, впрочем, может давать и неверное представление о состоянии передних и задних поверхностей режущих клиньев инструмента.

Поэтому оптимальным является метод определения координат точек режущих кромок инструмента при последовательном сканировании передних и задних поверхностей всех зубьев шевера-прикатника. В результате координаты точек режущих кромок инструмента могут быть определены как точки пересечения передней поверхности спиральной стружечной канавки и задней боковой поверхности кругового зуба инструмента. Путем сравнения координат, фактически полученных при измерении, с теоретическими (расчетными) значениями координат характерных точек можно установить геометрическую погрешность их расположения, и, как следствие, судить о размерной точности самого инструмента.

При наличии соответствующего математического и программного обеспечения оператор, вводя в диалоговом режиме в СЧПУ станка основные данные об инструменте, по завершении автоматического цикла измерения может получить отчет о годности инструмента, его размерной точности, степени износа, и др. параметрах. При необходимости эти данные могут быть выведены на печать в виде протокола измерения. Кроме того, комплекс программного обеспечения процесса контроля может быть совмещен с комплексом по расчету геометрических (наладочных) параметров процесса обработки, что существенно упрощает весь цикл работ по изготовлению необходимой номенклатуры шеверов-прикатников.

Одним из сущностных моментов, «тормозящих» практическую апробацию предлагаемого метода контроля, является отсутствие в настоящее время математического обеспечения для расчета координат точек режущих кромок инструментов с круговым зубом. Однако для прямо- и косозубых колес указанная задача уже на кафедре ИМС ТулГУ [3].

Выводы:

1. Использование предложенного метода контроля позволяет существенно улучшить точностные характеристики процесса шевингования-прикатывния за счет точного, а главное, объективного контроля геометри-

ческих параметров инструмента как на этапах его чистовой обработки (до и после термообработки - закалки) и окончательного контроля, так и на этапах его эксплуатации до и после переточек.

2. Информационно-измерительная система, рассматриваемая при использовании в составе технологического оборудования, значительно дешевле, чем отдельная координатно-измерительная машина при сопоставимой точности измерения и затратах на разработку математического и программного обеспечения.

3. При наличии соответствующей единицы технологического оборудования, оснащенной измерительной системой OMP-40, и набора измерительных щупов к ней, соответствующей номенклатуры режущего инструмента и технологической оснастки, а также универсального пакета математического и программного обеспечения становится возможным в условиях автоматизированного производства, при минимальных затратах на переналадку осуществлять единый процесс изготовления и контроля широкой номенклатуры шеверов-прикатников для обработки мелко- и среднемодульных колес с круговым зубом.

Статья написана в результате исследования, проведенного при финансовой поддержке гранта РФФИ № 09-08-99004 «Разработка научных основ создания ресурсосберегающих технологий высокопроизводительной зубообработки закаленных цилиндрических зубчатых колёс».

Список литературы

1. Маликов А.А., Сидоркин А.В. Шевингование-прикатывание цилиндрических колес с круговыми зубьями // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. 2008. Вып. 2. С. 69-76.

2. Инструмент для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес: Пат. 75978 Российская Федерация. № 2008107065; заявл. 27.02.2008; опубл. 10.09.2008. Бюл. № 25. 2 с.

3. Борискин О.И., Валиков Е.Н., Белякова В.А. Комбинированная обработка зубьев цилиндрических зубчатых колес шевингованием-прикатыванием. Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. 123 с.

A. Sidorkin

The question maintenance of the dimensional control of the shave-considered for processing of cylindrical wheels with circular teeths are considered

The basic ways of the decision of the question connected with maintenance of the dimensional control of the combined tool shave-consideredfor fair processing of cylindrical wheels with circular teeths are considered. The optimum scheme of coordination of process of manufacturing shave-considered with process of its dimensional control is defined, allowing to achieve high efficiency in the conditions of modern tool manufacture.

Получено 07.04.09