ЧЕРВЯЧНЫЙ ШЛИФОВАЛЬНЫЙ КРУГ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЗУБЬЕВ ДЕТАЛИ ПОСЛЕ ИХ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ ЧЕРВЯЧНОЙ ФРЕЗОЙ С ПРОТУБЕРАНЦЕМ НА ЗУБЬЯХ

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована для окончательной обработки зубьев после предварительного зубофрезерования.
Известен многозаходный червячный абразивный инструмент для обработки зубчатых изделий, профиль которых сопряжен с профилем плоской инструментальной рейки, винтовая поверхность основного червяка выполнена по профилю винтовой рейки, у которой начальная линия совмещена с начальным цилиндром червяка в результате качения без скольжения начальной прямой плоской инструментальной рейки по винтовой линии начального цилиндра, а образующая рейки совмещена с радиальной осью (RU №2124421, МПК B23F 21/06 (1995.01), B23F 21/02 (1995.01), опубл. 10.01.1999).
Данное техническое решение направлено на повышение точности профиля червяка и обрабатываемых деталей при повышенных углах подъема винтовой линии. Шлифовальный круг позволяет осуществлять обработку стандартных зубчатых колес, нормальный исходный контур которых определяет ГОСТ 13755-81.
Однако в настоящее время при производстве зубчатых колес их зачастую изготавливают с некоторыми отклонениями от ГОСТа. Одно из таких отклонений - выполнение впадины зуба в виде плавной переходной кривой без цилиндрического участка по дну, что позволяет повысить прочность зубьев колеса.
min
max
Известна конструкция шаблона-калибра для контроля профиля червячного шлифовального круга, представляющего собой продольную пластину, выполненную из листового материала с двухсторонним расположением контролирующих поверхностей в виде трапеций, размеры которых характеризуются толщиной по делительной прямой S и высотой от нее до основания трапеции с различными значениями H и H для разных контролирующих поверхностей указанные высоты определяются следующими зависимостями:
min
пр
H=Н+h,
max
мп
min
H=2H-H,
пр
где Н - высота начала протуберанца на зубе червячной фрезы для предварительной обработки зубьев;
h - условная высота прямолинейного участка протуберанца на зубе червячной фрезы,
пр
пр
h=δ cos(α)/sin(α-α);
мп
Н - высота точки максимального подреза протуберанца;
пр
α - угол профиля протуберанца;
δ - величина припуска под шлифование зубьев (RU №77415 U1, МПК G01B 3/14 (2006.01), опубл. 20.10.2008).
max
min
Контроль профиля круга данным шаблоном позволяет обработать зубчатое колесо, впадина зуба которого выполнена в виде плавной переходной кривой без цилиндрического участка по дну. Ограничение высоты головки витка размером H исключает подрезание переходной кривой вершиной витка. Ограничение минимальной высоты витка размером H призвано обеспечить обработку всего эвольвентного профиля по высоте при условии отсутствия радиусов скругления при вершине витка. Однако на практике острая вершина витка червячного шлифовального круга вначале будет интенсивно изнашиваться до образования радиуса по вершине. По мере дальнейшей обработки этот радиус будет сохранять стабильную величину до следующей правки круга по вершинам и боковым сторонам. Конкретная величина радиуса при вершине витка зависит от зернистости и марки материала круга и примерно равна 0,2…0,4 мм.
Таким образом, шлифовальный круг, заправленный в соответствии с известным шаблоном, будет обеспечивать качественные детали лишь в начале межправочного периода, пока радиус при вершине витка минимален. Постепенное увеличение радиуса из-за осыпания круга будет приводить к ухудшению обработки эвольвентного профиля зубчатого колеса в нижней части и появлению необработанного участка. В какой-то момент величина этого участка превысит погрешность профиля эвольвенты, заданную чертежом.
Известна, выбранная в качестве ближайшего аналога, конструкция червячного шлифовального круга, представляющего собой конволютный червяк, профиль которого в нормальном сечении имеет форму зубчатой рейки (Калашников А.С. Технология изготовления зубчатых колес. М.: Машиностроение. 2004. С. 370, 371).
Размеры профиля витков такого червячного круга для шлифования стандартных зубчатых колес приводятся в справочной литературе для различных значений модуля зацепления (Сильвестров Б.Н. Справочник молодого зуборезчика: Учеб. пособие для техн. училищ. - М.: Высш. школа, 1981. - с. 101). Правка таких червячных шлифовальных кругов осуществляется по вершине и боковым сторонам. На пересечении же вершины и боковой стороны остается острая кромка без скругления, что является недостатком круга. При шлифовании зубьев происходит быстрое осыпание круга в этом месте, что также может привести к появлению необработанных участков в нижней части эвольвентного профиля детали.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение качества обработки зубчатых колес за счет исключения необработанного участка в нижней части эвольвентного профиля.
min
max
Указанная задача решается, тем что в червячном шлифовальном круге, представляющем собой конволютный червяк, профиль которого в нормальном сечении имеет форму зубчатой рейки, указанный профиль выполнен с предварительно заправленным радиусным участком при вершине витка и определяется толщиной по делительной прямой S и высотой головки витка, выполненной в диапазоне от H до H, рассчитанными по следующим зависимостям:
min
пр
H=H+h+r(1-sinα),
max
мп
пр
H=2H-H-h+0,5r,
пр
где Н - высота начала протуберанца на зубе червячной фрезы для предварительной обработки зубьев;
h - условная высота прямолинейного участка протуберанца на зубе червячной фрезы,
пр
пр
h=δ cos(α)/sin(α-α);
мп
Н - высота точки максимального подреза протуберанца;
пр
α - угол профиля протуберанца;
δ - величина припуска под шлифование зубьев;
r - радиус при вершине витка шлифовального круга.
min
max
min
max
Выполнение червячного шлифовального круга с предварительно заправленным радиусным участком при вершине витка в сочетании с высотой головки витков в диапазоне от H до H, определяемыми указанными зависимостями, позволит обеспечить качественную обработку эвольвентного профиля по всей его высоте без подреза переходной кривой с максимально длительным межправочным периодом. При выполнении высоты головки витка меньше H зуб детали будет обработан не на всю высоту, т.е. не будет обеспечено качество боковой поверхности зуба. При выполнении высоты головки витка больше H вершина шлифовального круга врежется в переходную кривую и оставит ступеньку у ножки зуба, что ослабит зуб обрабатываемой детали.
Заявителю не известны червячные шлифовальные круги для обработки зубчатых колес с указанной совокупностью существенных признаков и заявленная совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники, что подтверждает соответствие заявляемого технического решения условию «новизна».
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где:
фиг. 1 - червячный шлифовальный круг для обработки зубчатых колес, общий вид;
фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;
фиг. 3 - схема снятия припуска шлифовальным кругом;
фиг. 4 - схема снятия припуска шлифовальным кругом с уменьшенной высотой головки витка, неполная обработка эвольвенты;
фиг. 5 - выносной элемент Б на фиг. 6 (неполная обработка эвольвенты);
фиг. 6 - расчетная схема;
фиг. 7 - выносной элемент В на фиг. 6.
min
max
Червячный шлифовальный круг 1 представляет собой конволютный червяк. Профиль червяка в нормальном сечении выполнен с предварительно заправленным радиусным участком 3 при вершине витка и определяется толщиной по делительной прямой S и высотой головки витка 2. Высота головки выполнена в диапазоне от H до H. Указанные высоты определяются следующими зависимостями:
min
пр
H=H+h+r(1-sinα),
max
мп
пр
H=2H-H-h+0,5r,
пр
где Н - высота начала протуберанца на зубе червячной фрезы для предварительной обработки зубьев;
h - условная высота прямолинейного участка протуберанца на зубе червячной фрезы,
пр
пр
h=δ cos(α)/sin(α-α);
мп
Н - высота точки максимального подреза протуберанца;
пр
α - Угол профиля протуберанца;
δ - величина припуска под шлифование зубьев;
r - радиус при вершине витка шлифовального круга.
Приведем пример расчета параметров шлифовального круга.
Исходными данными для расчета являются параметры обрабатываемой детали, профиля червячной фрезы для предварительной обработки зубьев, величина припуска под зубошлифование и предварительно заправленный радиус при вершине витка шлифовального круга:
α=20° - угол профиля обрабатываемой детали (одинаковый для червячной фрезы, шлифовального круга и шаблона);
пр
Н=4,43 мм - высота начала протуберанца на зубе червячной фрезы для предварительной обработки зубьев (задается от начальной прямой);
мп
Н=5,71 мм - высота точки максимального подреза протуберанца;
пр
α=10° - угол профиля протуберанца;
δ=0,15 мм - величина припуска под шлифование зубьев
r=0,3 мм - радиус при вершине витка шлифовального круга (значение установлено для шлифования зубчатого колеса из стали 18ХГР червячным шлифовальным кругом марки CBN 1V08 176 671).
Условная высота прямолинейного участка протуберанца на зубе червячной фрезы,
h=0,15⋅cos(10°)/sin(20°-10°)=0,85 мм.
Минимальная высота головки витка шлифовального круга:
min
H=4,43+0,85+0,3(1-sin 20°)=5,477 мм.
Максимальная высота головки витка шлифовального круга:
max
H=2⋅5,71-4,43-0,85+0,5⋅0,3=6,29 мм.
Высота головки витка шлифовального круга, ограниченная этими размерами, позволит гарантировать зазор между вершиной (радиусным участком) шлифовального круга и переходной кривой и снятие припуска на всем участке активного профиля детали.
Процесс шлифования зубчатого венца червячным шлифовальным кругом выглядит следующим образом. Заготовку базируют в зажимном приспособлении зубошлифовального станка, а червячный шлифовальный круг на оправке. Положение предварительно нарезанных зубьев заготовки ориентируют по виткам шлифовального круга. После чего включают вращение шлифовального круга, согласованное с ним вращение заготовки и продольное движение подачи. За один оборот шлифовального круга заготовка поворачивается на число зубьев, равное числу заходов круга. После перемещения шлифовального круга вдоль всей ширины заготовки вращение выключают, а обработанную деталь снимают со станка.
Червячный шлифовальный круг для обработки зубчатых колес может быть изготовлен на стандартном оборудовании с применением известных материалов и современных инструментов, что соответствует критерию «промышленная применимость».