АНАЛИЗ СПОСОБОВ ЗУБОФРЕЗЕРОВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЁС МОДУЛЬНЫМИ ФРЕЗАМИ КОПИРОВАНИЕМ

УДК 621.833

DOI: 10.24412/2071-6168-2023-2-553-557

АНАЛИЗ СПОСОБОВ ЗУБОФРЕЗЕРОВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЁС МОДУЛЬНЫМИ ФРЕЗАМИ КОПИРОВАНИЕМ

Г.В. Малахов, К.А. Судьина, В.Д. Артамонов

Приведен анализ различных конструкций дисковых модульных фрез для зубонарезания цилиндрических зубчатых колес. Рассмотрены преимущества модульных фрез со сменными многогранными пластинами. Приведено описание конструкций модульных фрез со сменными многогранными пластинами различных производителей режущих инструментов: Sandvik Coromant, VARGUS, HORN. Проведен анализ эффективности профильного и червячного зубофрезерования цилиндрических зубчатых колес с малым и большим числом зубьев. Обоснована область эффективного применения модульных фрез. Показана возможность реализации более кинематически сложных методов формообразования в зубообра-ботке с использованием современных многофункциональных и многокоординатных станков с ЧПУ.

Ключевые слова: цилиндрическое зубчатое колесо, зубофрезерование, метод копирования, дисковая модульная фреза, сменная многогранная пластина.

К числу одних из распространенных и весьма ответственных деталей, от качества которых зависят важнейшие эксплуатационные характеристики машин, относятся зубчатые колеса. Не смотря на то, что технологические процессы изготовления этих деталей в разных отраслях машиностроения непрерывно совершенствуются, трудоемкость основных операций, связанных в основном с образованием зубьев, остается все еще высокой - примерно 50.. .60% от общей трудоемкости механической обработки.

Операции зубонарезания осуществляются различными способами, основанными на двух основных методах формообразования эвольвентных поверхностей: копирования и обката. В рамках традиционной технологической схемы изготовления цилиндрических зубчатых колес эти операции осуществляются на основе таких способов как фрезерование модульными дисковыми и концевыми фрезами по методу копирования, червячным зубофрезерованием, зубодолблением и зубостроганием по методу обка-та[1].

На отечественных предприятиях до сегодняшнего дня широко применяются классические конструкции модульного зубофрезерного инструмента (рис. 1) [2]. Это происходит благодаря простоте настройки оборудования и возможности использования 3-координатных фрезерных станков общего назначения с дополнительной осью управления поворотом заготовки.

К конструкциям для дисковых модульных фрез относятся: цельные быстрорежущие фрезы (рис. 1 а), напайные быстрорежущие фрезы (рис. 1 б), сборные быстрорежущие фрезы (рис. 1 в), напай-ные (сборные) твердосплавные фрезы и сборные твердосплавные фрезы (рис. 1 г).

в г

Рис. 1. Традиционные конструкции дисковых модульных фрез

Принцип применения модульных фрез подразумевает, что профиль фрезы полностью соответствует профилю зуба колеса. Однако если применяются раздельно фрезы для черновой и чистовой обработки, то профиль черновых фрез не обязательно должен полностью соответствовать профилю зуба заготовки с соответствующим припуском.

Черновые фрезы могут прорезать предварительный прямобочный (неэвольвентный) профиль, могут формировать фаску на головке зуба, могут приближенно формировать эвольвентный профиль и могут формировать зуб с подрезанием (фреза с протуберанцем) для исключения обработки дна впадины при последующей чистовой обработке.

Для больших модулей боковая поверхность зуба фрезы формируется несколькими режущими пластинами (рис. 2) [2]. Твердосплавная пластина чистовой фрезы имеет эвольвентный профиль, полностью соответствующий профилю обрабатываемого зуба. При необходимости чистовая фреза также может формировать фаску на головке зуба колеса.

Хотя метод профильного фрезерования является достаточно производительным, можно увеличить его эффективность за счет одновременной обработки двух или трех впадин зубьев. Для этого применяются дуплексные (тандемные, двухрядные) и триплексные (трехрядные) дисковые модульные фрезы. Дуплексные фрезы позволяют обрабатывать одновременно две впадины зубьев, триплексные фрезы обрабатывают одновременно три впадины.

Рис. 2. Типовая конструкция черновой модульной фрезы

Необходимо отметить, что современная технология обработки предполагает совершенно другие конструкции фрез. Практически повсеместно в технологически развитых странах при реализации современной технологии профильного фрезерования зуба применяются фрезы со сменными многогранными пластинами.

Фрезы со сменными пластинами имеют более высокую экономическую эффективность по сравнению с фрезами с напайными пластинами благодаря следующим факторам:

- нет необходимости перетачивать ножи с напайными пластинами, в результате исключаются затраты на переточку;

- в конструкции фрезы отсутствуют ножи, поэтому конструкция становится проще и дешевле;

- сменные пластины крепятся механическим способом, поэтому отсутствует необходимость пайки пластин и последующей перепайки по окончании периода стойкости;

- сменные пластины могут иметь износостойкое покрытие, что позволяет существенно увеличить скорость резания при обработке и повысить производительность при одновременном повышении стойкости. Возможности нанесения покрытия на напайные пластины ограничены из-за напайного соединения, свойства которого могут измениться при нагревании до температуры нанесения покрытия.

Дисковые модульные фрезы со сменными твердосплавными пластинами работают на скоростях резания до 170 м/мин (в зависимости от модуля и прочности материала обрабатываемой заготовки) и подачах до 0,7 мм/зуб [2].

Например, компания Sandvik Соготай изготавливает дисковые фасонные (модульные) фрезы серии СогоМШ (рис. 3) со сменными пластинами для осуществления зубообработки методом копирования на станках компании Окита [3].

По аналогичному пути и даже несколько далее пошла компания VARGUS. Ее модульные фрезы Vardex со сменными твердосплавными пластинами, имеющими 1-3 рабочих вершины, обеспечивают высокую производительность обработки. Применение модульных фрез Vardex является конкурентоспособной альтернативой традиционному методу изготовления зубчатых деталей с помощью червячных фрез [4].

Режущие пластины и корпуса фрез проектируются в соответствии с производственной задачей, решаемой заказчиком. Форма режущих кромок пластин точно соответствует требуемому профилю впадин между зубьями детали (эвольвентный и др.) и воспроизводится на заготовке в процессе обработки.

Рис. 3. Дисковая модульная фреза со сменными режущими пластинками Sandvik СогошиШ

554

Компания изготавливает дисковые фасонные фрезы с механическим креплением неперетачива-емых режущих пластин с несколькими рабочими вершинами [4] из высокопрочного твердого сплава с субмикронным зерном, с обязательным нанесением износостойкого покрытия (рис. 4).

Рис. 4. Дисковая модульная фреза Vardex и сменные режущие пластины

Еще один производитель режущих инструментов - компания HORN предлагает собственную конструкцию модульной зуборезной фрезы для колес с эвольвентным зацеплением модулем до 4 мм (рис. 5) с механическим креплением неперетачиваемых поворотных режущих пластин (рис. 6) [5].

Фреза может производиться в двух исполнениях - с однорядным расположением пластин, обрабатывающих одновременно обе стороны впадины зуба или с двухрядным расположением пластин, чередующих обработку противоположных сторон зуба.

JL

Е

/А

Рис. 5. Дисковая модульная фреза с неперетачиваемыми поворотными режущими пластинами

с механическим креплением

U

а б

Рис. 6. Режущие пластины для однорядного (а) и двухрядного (б) расположений в корпусе

Значительный ряд предложений конструкций модульных дисковых фрез позволяет говорить об актуальности метода копирования в зубообработке до настоящего времени и предполагает необходимость выбора метода обработки между профильным и червячным зубофрезерованием. Основным критерием такого выбора является экономическая эффективность. Практически всегда при оценке эффективности обработки резанием она определяется временем обработки (и связанной с ним стоимостью) и стоимостью инструмента.

Анализ в работе [2] показывает, что дисковые модульные фрезы со сменными твердосплавными пластинами являются более эффективными при обработке заготовок с малым числом зубьев, т.к. действуют два фактора:

- при профильном фрезеровании доля вспомогательного времени на позиционирование фрезы и деление на зуб не оказывает существенного влияния на оперативное время;

555

- при червячном зубофрезеровании из-за малого числа зубьев необходимо уменьшать подачу на оборот заготовки для обеспечения допустимой нагрузки на зуб фрезы (толщины стружки на головке зуба).

Большинство изготовителей модульного дискового инструмента определяют границу эффективного применения этого метода относительно червячного зубофрезерования ориентировочно в 35.40 зубьев.

При обработке зубчатых колес с большим числом зубьев начинает существенно сказываться доля вспомогательного времени при профильном фрезеровании, в то время как становится возможным увеличение подачи на оборот заготовки при червячном зубофрезеровании [2].

Учитывая определенные трудности обеспечения точности обработки модульными фрезами, можно указать следующую область их применения:

- для предварительного фрезерования заготовок с большим шагом (модулем), которые окончательно обрабатываются червячными фрезами;

- для обработки заготовок с очень большим шагом (модулем) в тех случаях, когда возможности станка (по рабочей зоне или силовым характеристикам) не позволяют применить фрезерование обкатом и если допуски на обработанную деталь не слишком узкие;

- для обработки червяков с малым числом зубьев и малым углом подъёма;

- для обработки профилей, которые не образуются движением обката;

- для обработки колес с широкими допусками, в небольшом количестве, когда нет возможности обработки червячным фрезерованием.

Современные многофункциональные и многокоординатные станки с ЧПУ позволяют реализо-вывать более кинематически сложные методы формообразования в зубообработке, чем копирование или даже обкат, например, такой как метод касания. При его реализации форма производящей линии возникает как касательная к ряду геометрических вспомогательных линий, образованных реальной точкой движущейся режущей кромки инструмента в результате вращения инструмента и относительных перемещений оси вращения и заготовки.

Учитывая возможность такой обработки, компания HORN предлагает режущие инструменты в виде фрез с коническойрежущей головкой (рис. 7) для пятиосевого зубофрезерования колес на 5-ти координатных обрабатывающих центрах [5].

Рис. 7. Твердосплавная коническая режущая головка HORN

Режущая часть инструмента - режущая головка изготавливается цельной из твердого сплава, конической формы с полным радиусом на вершине. Режущая кромка выполняется с перекрытием центра.

Пятикоординатная обработка позволяет также обеспечить снятие фаски заданной геометрии на прямых и косых зубьях на одном станке с точной геометрией (рис. 8) при синхронизации движений осей заготовки и инструмента, что помимо обеспечения точности позволяет сократить время обработки [5].

Рис. 8. Фаска при пятикоординатной обработке на станке с ЧПУ

Для пятикоординатного зубофрезерования разрабатывается специальный инструмент под каждое конкретное колесо.

Список литературы

1. Малахов Г.В., Михайлов А.В., Савичев И.А. Исходные технологические параметры зубооб-работки двухрядными резцовыми головками // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 8. Ч. 1. 2016. С. 117 -124.

556

2. Геер Антон. Современные методы и технологические решения эффективной обработки зубчатых колёс крупного модуля/ Антон Геер // Журнал Стружка: Technopolice. Электрон. журн. 2010. [Электронный ресурс] URL https://technopolice.ru/iurnal-struzhka (дата обращения: 10.04.2022).

3. Sandvik.Coromant. Официальный сайт. [Электронный ресурс] URL: https://www.sandvik.coromant.com (дата обращения: 10.04.2022).

4. Vargus: Обработка зубчатых колёс. Фрезы для обработки зубчатых колес, зубчатых реек и шлицев: Каталог. 18С.

5. Horn: GEAR MACHINING. Expanded tool range for the economical production of gears: Каталог. 63С.

Малахов Геннадий Викторович, канд. техн. наук, доцент, malahovgv_tms@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Судьина Кристина Алексеевна, студент, tppizi@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Артамонов Валерий Дмитриевич, д-р техн. наук, профессор, v.d.art@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

ANALYSIS OF METHODS OF GEAR MILLING OF CYLINDRICAL GEARS WITH MODULAR MILLS BY

COPYING

G.V. Malahov, K.A. Sudina, V.D. Artamonov

The analysis of various designs of disk modular cutters for gear cutting of cylindrical gears is given. The advantages of modular cutters with replaceable polyhedral inserts are considered. The description of the designs of modular milling cutters with multi-faceted indexable inserts from various manufacturers of cutting tools: Sandvik Coromant, VARGUS, HORN is given. An analysis of the efficiency ofprofile and worm gear milling of cylindrical gears with a small and large number of teeth has been carried out. The area of effective application of modular cutters is substantiated. The possibility of implementing more kinematically complex methods of shaping in gear processing using modern multifunctional and multi-axis CNC machines is shown.

Key words: spur gear, gear milling, copying method, disk modular milling cutter, replaceable polyhedral plate.

Malahov Gennadiy Viktorovich, candidate of technical sciences, docent, malahovgv_tms@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Sudina Kristinay Alekseevna, student, tppizi@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Artamonov Valeriy Dmitrievich, doctor of technical sciences, professor, v.d.art@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 658.562

DOI: 10.24412/2071-6168-2023-2-557-564

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ МАССОВОГО ПРОИЗВОДСТВА

РАЗДЕЛЬНЫМ АНАЛИЗОМ МАЛЫХ ВЫБОРОК

П.М. Винник, Е.В. Костюк, Ю.Н. Дмитриев

Существующая в настоящее время методика контроля качества изделий, изготавливаемых с использованием автоматических роторных линий, основана на отборе равного количества изделий и объединении их в сводную выборку, что неявно предполагает однородность сводной выборки и приводит к утере статистических данных. Предложена методика статистического анализа, позволяющая установить неоднородность сводной выборки и определить те инструментальные блоки, для которых необходима переналадка.

Ключевые слова: качество, массовое производство, статистический анализ, выборка, вытяжка, разностенность.

Повышение эффективности производства и улучшение качества продукции во всех отраслях машиностроении является в настоящее время приоритетной задачей. Её решение требует разработки, исследования и широкого внедрения новых прогрессивных технологических процессов и методов контроля, обеспечивающих высокий уровень качества продукции.

557