Повышение качества обработки цилиндрических колес шевингованием-прикатыванием

УДК 621.83

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС ШЕВИНГОВАНИЕМ-ПРИКАТЫВАНИЕМ

А.А. Маликов, А.В. Сидоркин, А.С. Ямников

Рассмотрены особенности построения нового запатентованного технологического процесса комбинированной (режуще-деформирующей) чистовой зубообработ-ки цилиндрических колес - шевингования-прикатывания. Выработан ряд рекомендаций, улучшающих эксплуатационных характеристики обрабатываемых колес.

Ключевые слова: шевингование-прикатывание, технологическая система, качество, зубообработка.

В ТулГУ был разработан способ обработки цилиндрических зубчатых колес шевингованием-прикатыванием. Обработка производится при свободном обкате инструмента - шевера-прикатника, имеющего режущие кромки, смещенные по винтовой поверхности, и обрабатываемого колеса, установленных на параллельных осях. При этом зацепление шевера-прикатника с обрабатываемым колесом выполняется внеполюсным. Зубо-обработка ведется с периодической радиальной подачей после каждого из 2-4 рабочих циклов, включающих поворот шевера-прикатника в прямом и обратном направлениях на количество оборотов, равное числу зубьев обрабатываемого колеса, и без радиальной подачи в течение 1-2 циклов выхаживания, включающих поворот шевера-прикатника в прямом и обратном направлениях на количество оборотов, равное числу зуб обрабатываемого колеса. При обработке используют шевер-прикатник, число зубьев которого не имеет общих множителей с числом зубьев обрабатываемого колеса кроме единицы [1-3].

Основным недостатком рассматриваемого способа является недостаточное качество боковых поверхностей зубьев обрабатываемого колеса. Это объясняется тем, что обработка на всех рабочих и выхаживающих циклах шевингования-прикатывания ведется при параллельных осях на фиксированных межосевых расстояниях в условиях жесткой технологической системы. При этом из-за геометрических погрешностей зубьев обрабатываемого колеса на всех циклах шевингования-прикатывания наблюдаются существенные колебания сил в паре «инструмент - обрабатываемое колесо», что приводит к ухудшению шероховатости обрабатываемых поверхностей зубьев колеса и, как следствие, их качества и эксплуатационных характеристик [4,5].

Основной задачей рассматриваемого способа является повышение качества и эксплуатационных характеристик обрабатываемых колес за счет уменьшения шероховатости боковых поверхностей их зубьев и уменьшения остаточных напряжений в поверхностном слое боковых по-

63

верхностей их зубьев [6].Поставленная задача решается за счет того, что обработка осуществляется так, что циклы выхаживания происходят при стабильной силе прижима инструмента к обрабатываемой заготовке или обрабатываемой заготовки к инструменту, обеспечивающейся, например, введением упругих элементов в технологическую систему.

На рис. 1 изображена схема осуществления рабочих циклов для ше-вингования-прикатывания, а на рис. 2 - схема осуществления циклов выхаживания.

Рис. 1. Схема осуществления рабочих циклов

Рис. 2. Схема осуществления циклов выхаживания

В состав технологической системы, предназначенной для обработки цилиндрических зубчатых колес шевингованием-прикатыванием, входят инструмент 1, представляющий собой закаленное цилиндрическое зубчатое колесо, боковые поверхности зубьев которого являются эвольвентны-ми, а режущие кромки образованы пересечением винтовой поверхности стружечной канавки трапецеидального профиля и боковых поверхностей его зубьев. Инструмент 1 установлен на цилиндрическую оправку и жестко закреплен на ней, например гайкой. Обрабатываемое колесо 2 устанавливают свободно на цилиндрическую оправку. Упругие элементы технологической системы 3 предназначены для осуществления возможности небольших колебаний межосевого расстояния в паре «инструмент - обрабатываемое колесо», которые являются составляющим звеном технологической оснастки и, в зависимости от того, какие циклы обработки осуществляются в данный момент - рабочие или циклы выхаживания, могут быть, соответственно, выключены или включены.

Способ обработки цилиндрических зубчатых колес шевингованием-прикатыванием пригоден для обработки колеса с предварительно формообразованными высокопроизводительными методами: литья, пластического деформирования, механической обработки и др. зубьями.

Согласно способу, инструмент 1 устанавливают на цилиндрическую оправку и фиксируют, например гайкой. Обрабатываемое колесо 2 устанавливают свободно на цилиндрическую оправку и вводят в плотное (беззазорное по боковым сторонам) зацепление с инструментом 1. После чего инструменту 1 сообщают вращательное движение - движение обката в прямом и обратном направлениях с угловой скоростью ю0. При этом обрабатываемое колесо 2 вращается со скоростью ю.

Указанное движение является рабочим потому, что при нем осуществляется срезание тонких слоев стружки и выглаживание боковых поверхностей зубьев обрабатываемого колеса 2 за счет профильного скольжения режущих кромок инструмента 1 по боковым поверхностям зубьев обрабатываемого колеса 2.

Обработка боковых поверхностей зубьев по всей их длине обеспечивается при соблюдении двух условий: во-первых, наличием режущих кромок смещенных на соседних зубьях инструмента 1 друг относительно друга, образованных в результате пересечения боковых поверхностей его зубьев с винтовыми поверхностями стружечной канавки; во-вторых, отсутствием общих множителей чисел зубьев инструмента и обрабатываемого колеса 2. Формообразование боковых поверхностей зубьев обрабатываемого колеса 2 совершается за количество оборотов инструмента 1, равное числу зубьев обрабатываемого колеса 2. Обрабатываемое колесо 2 при этом совершает количество оборотов, равное числу зубьев инструмента 1. Далее производят врезание - сближение параллельных осей инструмента 1 и обрабатываемого колеса 2, с прерывистой подачей Sпр на величину 0,03...0,05 мм. Так завершается один рабочий цикл. За полный цикл обработки, для удаления всего припуска с боковых поверхностей зубьев обрабатываемого колеса 2 необходимо осуществить от двух до четырех рабочих циклов. Следует отметить, что на всех рабочих циклах обработку осуществляют на фиксированных межосевых расстояниях, уменьшаемых от цикла к циклу путем осуществления прерывистой подачи Sпр в условиях жесткой технологической системы, при этом упругие элементы технологической системы 3 - выключены. При достижении номинального межосево-го расстояния аW=const подачу врезания Sпр прекращают.

Для уменьшения шероховатости боковых поверхностей зубьев обрабатываемых колес и улучшения качества обработки после окончания рабочих циклов осуществляют один или два цикла выхаживания - вращение инструмента в прямом и обратном направлениях на номинальном межосе-вом расстоянии при параллельных осях. Следует отметить, что циклы выхаживания производят с включенными упругими элементами технологи-

ческой системы 3, обладающими достаточно высокой жесткостью, но, в то же время, позволяющими в процессе выхаживания производить небольшие колебания межосевого расстояния а^сопэ1 При этом, остаточные геометрические погрешности зубьев обрабатываемого колеса не будут приводить к существенным колебаниям сил в паре «инструмент - обрабатываемое колесо», что приведет к уменьшению шероховатости обрабатываемых поверхностей зубьев колеса, а также снижению остаточных напряжений в поверхностном слое боковых поверхностей его зубьев, и как следствие, повышения его качества и эксплуатационных характеристик.

Предлагаемый способ был реализован при обработке цилиндрического зубчатого колеса, выполненного из стали 20Х ГОСТ 4543-71, имеющего следующие основные параметры: модуль m=2 мм, число зубьев 1=11, коэффициент смещения исходного контура х=0. Предварительное формообразование зубьев обрабатываемого колеса осуществлялось зубофрезеро-ванием. Окончательная обработка велась инструментом со следующими параметрами: модуль m0=2 мм, число зубьев z0=31, коэффициент смещения исходного контура х0 = 1,909 мм. Режимы обработки: снимаемый припуск,

определяемый по развертке начального цилиндра в среднем сечении зуба -0,12 мм, частота вращения инструмента п=200 мин-1, подача врезания

0,03 мм на рабочий цикл, количество рабочих циклов - 4, количество циклов выхаживания - 2 [7].

Шероховатость боковых поверхностей зубьев колеса после зубо-фрезерования составила Ra=2,5 мкм. Шероховатость после обработки ше-вингованием-прикатыванием по способу, описанному в ближайшем аналоге (прототипе) - Ra=1,2 мкм. Шероховатость после обработки шевингова-нием-прикатыванием по предлагаемому способу Ra=0,8 мкм.

Прирост микротвердости боковых поверхностей зубьев колеса после обработки шевингованием-прикатыванием по способу, описанному в ближайшем аналоге (прототипе) при нагрузке 0,5 Н зафиксирован на уровне 19 %, а при нагрузке 1 Н - 10 %.

Прирост микротвердости боковых поверхностей зубьев колеса после обработки шевингованием-прикатыванием по предлагаемому способу при нагрузке 0,5 Н зафиксирован на уровне 15 %, а при нагрузке 1 Н - 7 %. Это свидетельствует об уменьшении остаточных напряжений в поверхностном слое боковых поверхностей зубьев обрабатываемого колеса.

Представленные данные свидетельствуют о возможности применения предлагаемого способа для эффективной обработки цилиндрических зубчатых колес, при которой достигается уменьшение шероховатости боковых поверхностей зубьев обрабатываемых колес, уменьшение остаточных напряжений в поверхностном слое боковых поверхностей их зубьев, что, в конечном итоге, приводит к повышению их качества и эксплуатационных характеристик.

Список литературы

1. Пат. 2224624 РФ, МПК7 B 23F 19/06. Способ шевингования-прикатывания цилиндрических зубчатых колес / Карпухин В.П., Ямников

A.С., Валиков Е.Н. Опубл. 27.02.2004. Бюл. № 6. 6 с.

2. Пат. 2230635 РФ, МПК: B 23F 21/28. Дисковый шевер / Карпухин

B.П., Ямников А.С., Валиков Е.Н. Опубл. 20.06.2004. Бюл. №17. 4 с.

3. Маликов А.А., Валиков Е.Н., Ямников А.С. Прогрессивная технология зубообработки // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2007. № 4-3. С. 107-110.

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

5. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Легейда В.Ю. Особенности конструкции комбинированного режуще-деформирующего инструмента для обработки цилиндрических колес с арочными зубьями // Известия ТулГУ. Технические науки. 2009. Вып. 2. Ч. II. С. 169-172.

6. Пат. 2483845 РФ № 2011140296. Способ обработки зубьев цилиндрических зубчатых колес шевингованием-прикатыванием / Маликов А.А., Сидоркин А.В., Ямников А.С. Опубл. 10.06.13. Бюл. № 16. 8 с.

7. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Ямников А.С. Инновационные технологии обработки зубьев цилиндрических колес: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 336 с.

Маликов Андрей Андреевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, andrej-malikovayandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Сидоркин Андрей Викторович, канд. техн. наук, доц., alan-a a.mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Ямников Александр Сергеевич, д-р техн. наук, проф., yamnikovasamail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

IMPROVEMENT IN QUALITY OF HANDLING OF CYLINDRICAL SPROCKETS SHEV-ROLLING

A.AMalikov, A.V.Sidorkin, A.S.Yamnikov

The features of construction of the new licensed master schedule combined (cutting deforming) fair handling of teeths cylindrical sprockets - shev-rolling are considered. Series of the recommendations improving operating performances of processed sprockets is worked out.

Key words: shev-rolling, technological system, quality, handling of teeths.

Malikov Andrey Andreevich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, andrej-mal iko va yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Sidorkin Andrey Victorovich, candidate of technical sciences, associate professor, alan-aamail ru, Russia, Tula, Tula State University,

Yamnikov Alexander Sergeevich, doctor of technical sciences, professor, yamniko vasamail. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.83

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ЗОНЕ ОБРАБОТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС ШЕВИНГОВАНИЕМ-ПРИКАТЫВАНИЕМ

А.В. Сидоркин

Отражен ряд особенностей проектирования средств технологического оснащения для осуществления экспериментальных исследований тепловыделения в процессе комбинированной (режуще-деформирующей) чистовой зубообработки цилиндрических колес шевингованием-прикатыванием. Выработаны рекомендации по выбору оптимальных конструктивных решений, обеспечивающих высокое качество данных, получаемых в ходе экспериментов.

Ключевые слова: оснастка, термометр сопротивления, шевингование-

прикатывание, температура, токосъем.

Перед автором стояла задача измерения температуры на режущих зубьях специального режуще-деформирующего инструмента во время осуществления процесса обработки цилиндрических зубчатых колес шевинго-ванием-прикатыванием [1-5]. Установлено, что процесс шевингования-прикатывания будет считаться эффективным в условиях производства зубчатых колес с большим объемом выпуска. Естественно, для осуществления рассматриваемого процесса при таком типе производства необходимо применение специализированных конструкций станков-автоматов (в крайнем случае, полуавтоматов), обладающих, в частности, большой жесткостью. Однако для обработки небольших партий заготовок в лабораторных или опытно-промышленных условиях вполне может быть использован универсальный токарно-винторезный станок (например, модели 16К20) [6]. Процесс обработки цилиндрических зубчатых колес шевингованием-прикатыванием заключается в совместной обкатке инструмента и заготовки, находящихся в беззазорном зацеплении друг с другом. При этом инструментальная оправка с шевером-прикатником должна устанавливается в шпиндель станка по конусу Морзе № 6, а приспособление - вилка, предназначенное для установки зубчатого колеса во время обработки, закрепля-

68