Определение точности взаимного расположения режущих кромок взаимозаменяемых резцов в зуборезных резцовых головках

УДК 621.833.15

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧНОСТИ ВЗАИМНОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ РЕЖУЩИХ КРОМОК ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМЫХ РЕЗЦОВ В ЗУБОРЕЗНЫХ РЕЗЦОВЫХ ГОЛОВКАХ

Ю.Н. Федоров, В. Д. Артамонов, О. Л. Золотухина

Рассмотрены конструкции сборных дисковых зуборезных резцовых головок и взаимозаменяемых резцов к ним, приведены результаты расчета погрешностей взаимного расположения режущих кромок взаимозаменяемых резцов, обоснованы нормы точности на радиальное и торцовое биение режущих кромок резцов.

Ключевые слова: зубчатые колеса, резцовые головки, взаимозаменяемые резцы, режущие кромки, погрешности взаимного расположения.

На кафедре технологии машиностроения ТулГУ в результате длительного научно-технического сотрудничества с Тульским машиностроительным заводом сформировалось одно из направлений совершенствования производства цилиндрических зубчатых колес. Главной целью этого направления было создание новых высокопроизводительных процессов формообразования цилиндрических зубчатых венцов по методу обката.

В результате проведения многочисленных научно-исследовательских работ были предложены различные варианты процессов предварительного и чистового зубонарезания цилиндрических колес авто- мототехники, которые основывались на применении нового вида зуборезного инструмента - резцовых головок большого диаметра. Одним из важных результатов этих работ явилось создание целой гаммы конструкций резцовых зуборезных головок большого диаметра.

Были разработаны процессы предварительного зубонарезания и обкатывающего зубопротягивания цилиндрических колес дисковыми резцовыми головками, чистовой зубообработки дисковыми двухрядными резцовыми головками с нулевым углом профиля, зубообработки цилиндрических колес с продольной модификацией зубьев дельтовидными резцовыми головками и др.

Для предварительного зубонарезания цилиндрических зубчатых колес с модулем т = 2,5 мм из стали 12ХН3А в качестве режущего инструмента использовалась дисковая резцовая головка 0 215 мм, оснащенная 18-ю взаимозаменяемыми резцами с пластинами из твердого сплава Т15К6 [1]. Конструкция дисковой зуборезной резцовой головки представлена на рис. 1. Позднее были разработаны конструкции дисковой резцовой головки для обкатывающего зубопротягивания 0350 мм, оснащенная 30 взаимозаменяемыми резцами с пластинами из быстрорежущей стали Р6М5К6 [2], спаренных дельтовидных резцовых головок и др.

При проектировании резцовых головок особое внимание уделялось обеспечению высокого уровня технологичности инструмента на стадиях изготовления и эксплуатации.

Рис. 1. Конструкция дисковой резцовой головки

Эта задача была успешно решена за счет эффективного использования в конструкциях зуборезных головок принципа взаимозаменяемости режущих элементов, который в полной мере был реализован при разработке типовой конструкции взаимозаменяемых резцов с напайными твердосплавными пластинами (рис. 2, а). Дисковые резцовые головки, оснащенные такими резцами, в течение длительного времени успешно эксплуатировалась в производственных условиях Тульского машиностроительного завода при изготовлении цилиндрических зубчатых колес мототехники [3]. Позднее была разработана целая гамма современных конструкций взаимозаменяемых резцов с механическим креплением режущих пластин, созданных на основе типовой конструкции и используемых в различных зуборезных резцовых головках [3]. Применение взаимозаменяемых резцов исключает необходимость производить шлифование или затылование их профиля в сборе. Взаимозаменяемые резцы могут быть армированы режущими пластинами, как из твердого сплава, так и из быстрорежущей стали.

В конструкции взаимозаменяемого резца, приведенной на рис. 2, б, крепление твердосплавной пластины треугольного сечения, установленной в нижней части продольного паза У-образной формы, осуществляется винтом с помощью клиновидного сухаря, расположенного в верхней части паза, выполненной в форме ласточкиного хвоста.

Резцовая головка (см. рис. 1) состоит из корпуса 2 в форме диска, на торце которого имеется 30 точных шлифованных радиальных прямоугольных пазов, расположенных с равномерным шагом. В пазы по посадке 15Н6^5 устанавливаются предварительно настроенные на определенную длину взаимозаменяемые резцы 3.

Рис. 2. Конструкции взаимозаменяемых резцов: а - с напайными пластинами из твердого сплава; б - с механическим креплением

режущей пластины

Одинаковый вылет резцов обеспечивается упором сферической базы регулировочных винтов в базовое кольцо 6, установленное на цилиндрический поясок корпуса, закрепленное винтами и обработанное в сборе в целях уменьшения радиального биения.

Такая схема установки взаимозаменяемых резцов в зуборезных резцовых головках предполагает наличие определенных погрешностей взаимного расположения режущих кромок.

При расчёте точности взаимного расположения режущих кромок взаимозаменяемых резцов задача сводится к определению допустимых величин взаимного смещения осей симметрии радиальных пазов корпуса резцовой головки и соответственно сферических опор взаимозаменяемых резцов относительно оси цилиндрического базового кольца инструмента. На рис. 3 схематически показано возможное смещение осей симметрии взаимозаменяемых резцов.

В случае отсутствия смещения осей симметрии радиальных пазов корпуса резцовой головки и соответственно сферических опор взаимозаменяемых резцов относительно оси цилиндрического базового кольца инструмента радиус резцовой головки определяется из выражения

= Ь + Нь,

81

где Нь = Ь • tg —, Ь - расстояние от вершины до оси сферической опоры 22

взаимозаменяемого резца.

Рис. 3. Схема расчёта точности взаимного расположения режущих

кромок взаимозаменяемых резцов

£ у Ь2

Вследствие малости угла Оc можно принять hb _ —. Тогда

2 L

Ь2

Ru = L +--hb. В свою очередь, величина L _ l + гк, где 1р - длина

2 L

взаимозаменяемого резца; гк - радиус базового кольца.

Подставляя вышеуказанные величины в уравнение (1), в итоге получим

_ 2(lр+Гк} +Ь 2

Ru _-^Гг-г~ .

2

В зависимости от смещения осей симметрии пазов корпуса резцовой головки радиус Ru может изменяться в диапазоне от Ru min до Ru max, определяемых зависимостями

Ru max _ L + ; Ru min _ (L"Ah)+ ^

Для определения величины смещения вершины резца от нормального положения - Ah в вертикальном направлении и Ac в горизонтальном рассмотрим схему (см. рис. 3), из которой следует Ah _ (Гк + ro ) • (l-cos5 м ), или

8

АН = 2(гк + г0 )• Бт2 . Учитывая малость угла 8^ приравниваем функцию

синуса значению угла и, заменяя длину дуги хордой, получаем

Л/ А?2

АН = ^-г,

2

где А? - смещение оси сферической опоры резца относительно оси резцовой головки; г0 - радиус сферической опоры.

г А?2

Обозначив — = ки, получаем АН =

Гк 2гк

Радиальное смещение режущих кромок резцов, увеличивающее номинальный радиус инструмента, равно А' Яи = «и тах — «и. Подставляя в последнее выражение равенство значения «и тах и «и из уравнений (3), получаем

А' «и » ^.

Радиальное смещение режущих кромок резцов, уменьшающее номинальный радиус инструмента, равно А"«и = Яи-Яи ^.

Подставляя в равенство значения « и «и ^, получаем

... Ь-АН+Ь-Ас

А" «и »-.

и Ь—АН

После подстановки значения АН и соответствующих преобразований получаем

д„Я _ L Ds2 +b-Ac-2rK (1-к,) " L-2r„ .(1+к, )-As2

2

Величиной As можно пренебречь вследствие ее малости.

Ac2 b-Ac Ac2 Тогда A" Д. ~-т-- +--, или A" Я, » A' Я, +--т-т.

U 2гк-

Максимальная величина смещения режущих кромок взаимозаменяемых резцов в радиальном направлении

2b-Ac As2

AR max =AR + A"R, или AR max _--+

lp + Гк 2Г-

Раскрывая значения Ac и As, окончательно получим

_ 2b-(Ab+An) (An+Ao)2

aru max _ 7 + ^/17 \,

lp + rK 2rK '

где АЬ - колебание расстояния от вершины резца до оси сферической опоры взаимозаменяемого резца; Ап - смещение оси паза относительно оси резцовой головки; Ао - смещение центра сферической опоры от оси державки резца вследствие перекоса и смещения оси опоры.

Максимальная величина торцового смещения режущих кромок взаимозаменяемых резцов

АТтах =DRu max ' tga + Dr ,

где a - угол профиля инструментальной рейки; АТ - величина торцового биения пазов резцовой головки.

Определим величины радиального и торцового биения режущих кромок взаимозаменяемых резцов дисковой резцовой головки (см. рис. 1) при следующих исходных данных:

1р = 64 мм; АЬ = 0,3 мм; b = 7 мм; Ап = 0,04 мм; гк = 45 мм; Ао = 0,1 мм; го = 3 мм; АТ = 0,02 мм. Полученные расчетные значения составляют: для радиального биения АЯи max = 0,044 мм;

для торцового биения АТтах = 0,036 мм.

С учетом погрешности измерения длины резца, составляющей половину цены деления измерительного прибора (0,01 мм), и допустимого радиального биения базового кольца (0,01 мм) расчетные значения должны быть несколько увеличены: АЯmax » 0,055 мм; АТтах » 0,04 мм.

Однако возможность такого неблагоприятного сочетания погрешностей маловероятна, поэтому в технических условиях на конструкцию сборной дисковой резцовой головки заложены следующие требования к точности взаимного расположения режущих кромок резцов в головке: радиальное биение резцов в комплекте - не более 0,05 мм; радиальное биение двух смежных резцов - не более 0,03мм; торцовое биение резцов в комплекте - не более 0,04 мм; торцовое биение двух смежных резцов - не более 0,02 мм. Следовательно, расчёт максимального смещения режущих кромок взаимозаменяемых резцов в дисковых резцовых головках с цилиндрической базой хорошо согласуется с действительными величинами радиального и торцового биения, полученными при эксплуатации этих резцовых головок. Для контроля радиального и торцового биения режущих кромок взаимозаменяемых резцов дисковых резцовых головок используется приспособление индикаторного типа.

Таким образом, подтверждается эффективность использования для зубонарезания цилиндрических прямозубых колес технологичных сборных конструкций резцовых головок с отдельными взаимозаменяемыми остро-заточенными резцами, армированными твердосплавными пластинками, которые обеспечивают достаточно высокую точность и удобство при эксплуатации.

Список литературы

1. Федоров Ю. Н., Артамонов В. Д. Повышение технологичности зуборезного инструмента // СТИН. 2003. № 12. С. 5-8.

2. Федоров Ю. Н., Артамонов В. Д., Золотухина О. Л. Резцовые головки для обкатывающего зубопротягивания цилиндрических колес // СТИН. 2005. № 6. С. 15-17.

3. Федоров Ю. Н., Артамонов В. Д. Реализация принципа взаимозаменяемости в зуборезных головках // СТИН. 2003. № 10. С. 10-13.

Федоров Юрий Николаевич, д-р техн. наук, проф., v.d.art@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

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

Золотухина Ольга Леонидовна, канд. техн. наук, доц., zolotukhina.olgaabk.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

DETERMINATION OF ACCURACY MUTUAL ARRANGEMENT OF THE CUTTING EDGES SUBSTITUTE INCISORS THE GEAR CUTTING TOOL HEAD

Yu. N. Fedorov, V. D. Artamonov, O. L. Zolotukhina

Designs of prefabricated circular gear cutting tool heads and interchangeable cutters to him, the results of the calculation errors mutual location of the cutting edges of interchangeable cutters, justified the accuracy standards for radial and face runout of the cutting edges of cutters.

Key words: gears, tool heads, interchangeable blades, cutting edges, errors mutual arrangement.

Fedorov Yuriy Nikolaevich, doctor of technical science, professor, v. d. art@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,

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

Zolotukhina Olga Leonidovna, candidate of technical science, docent, zolotukhi-na.olga@bk.ru, Russia, Tula, Tula State University