Новая конструкция шевера-прикатника для обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями

ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ

УДК 621.83

НОВАЯ КОНСТРУКЦИЯ ШЕВЕРА-ПРИКАТНИКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС С КРУГОВЫМИ ЗУБЬЯМИ

А. А. Маликов, А.В. Сидоркин

Рассмотрены особенности новой запатентованной конструкции комбинированного (режуще-деформирующего) инструмента - шевера-прикатника - для чистовой обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями. Выработана методика по выбору оптимальных конструктивных параметров инструмента исходя из типов, обрабатываемых им колес.

Ключевые слова: передний угол, точность, качество, резание, зубообработка.

Ранее в ТулГУ был разработан инструмент [1] в виде дискового шевера, имеющего режущие кромки на боковых эвольвентных винтовых поверхностях зубьев и выполненного со смещением исходного контура рейки. Режущие кромки данного инструмента образованы пересечением винтовых поверхностей зубьев шевера Z с винтовыми поверхностями стружечных канавок, при этом

Zc=Z±1,

где Zc - число стружечных канавок.

Недостатками данного инструмента являются его узкие технологические возможности, а также то, что его конструктивные особенности накладывают ограничения, не позволяющие использовать инструмент за пределами ограниченной области его применения - обработки цилиндрических колес с винтовыми зубьями.

Позднее совместными усилиями сотрудников кафедр ИМС и ТМС был разработан инструмент [2] для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес, представляющий собой цилиндрическое зубчатое колесо, на боковых поверхностях круговых зубьев которого выполнены режущие кромки, в свою очередь, образованные пересечением поверхностей зубьев с винтовыми поверхностями стружечной канавки трапецеидального профиля, смещенные в осевом направлении относительно друг друга на величину

д = P,

Z

где Р - шаг винтовой стружечной канавки; z - число зубьев инструмента, которые наклонены к торцам под углами ±0/2.

Инструмент образует с обрабатываемой заготовкой-колесом зубчатую пару внеполюсного зацепления. Недостатком указанной конструкции является ухудшение точности и качества обработки вследствие тяжелых условий протекания процесса резания и сопровождение его значительным пластическим деформированием.

Основной задачей разработанного авторами инструмента является повышение точности и качества обработки за счет улучшения условий протекания процесса резания и уменьшения доли пластического деформирования в процессе чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес

[3].

Поставленная задача решается за счет того, что в процессе шевин-гования-прикатывания [3] обработка осуществляется с использованием новой конструкции инструмента для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес. Он представляет собой цилиндрическое зубчатое колесо, на боковых поверхностях круговых зубьев которого выполнены режущие кромки, в свою очередь, образованные пересечением боковых поверхностей круговых зубьев инструмента с винтовыми поверхностями стружечной канавки трапецеидального профиля, смещенные в осевом направлении друг относительно друга. Причем центры окружностей, определяющих форму выпуклой и вогнутой сторон круговых зубьев инструмента лежат на линии симметрии, находящейся в среднем осевом сечении заготовки-колеса и имеющей левый наклон к линии, лежащей в среднем осевом сечении инструмента под углом Р=3...8°, при правозаходной стружечной канавке, или имеющей правый наклон при левозаходной стружечной канавке. На рис. 1 изображено осевое сечение инструмента для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес.

На рис. 2 представлена развертка делительного цилиндра диаметра d0 инструмента. Центры Oe и Oi окружностей R0e и R0i, определяющих форму выпуклой и вогнутой сторон зубьев инструмента, находятся не на линии, лежащей в плоскости симметрии (среднем осевом сечении) инструмента, как в ближайшем аналоге, а на линии, лежащей в плоскости сим-

289

метрии (среднем осевом сечении) заготовки-колеса и имеющей левый наклон к ней при правозаходной стружечной канавке, при этом плоскости осевых сечений инструмента и заготовки-колеса пересекаются под углом Р=3...8о. Если стружечная канавка выполнена левозаходной, то линия расположения центров Ое и Ог окружностей должна иметь правый наклон. Это необходимо для создания на передних поверхностях режущих зубьев инструмента положительных передних углов у, которые, в свою очередь, образуются за счет разворота боковых поверхностей зубьев обрабатываемой заготовки-колеса на угол в по отношению к передним поверхностям режущих зубьев инструмента.

Боковые поверхности 1 зубьев инструмента являются эвольвентны-ми. Режущие кромки 2 инструмента образованы пересечением винтовой поверхности стружечной канавки 3 трапецеидального профиля и боковых поверхностей 1 зубьев инструмента.

В

Рис. 1. Осевое сечение инструмента

Рис. 2. Развертка делительного цилиндра инструмента

290

При этом поверхности 4, образованные пересечением стружечной канавки 3 и зубьев инструмента, являются передними. За счет такого конструктивного решения режущие кромки 2 смещены в осевом направлении относительно друг друга. Это достигается тем, что стружечная канавка 3 расположена на винтовой поверхности. На рис. 3 показана схема установки инструмента и заготовки-колеса для осуществления способа чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес.

Рис. 3. Схема установки инструмента и заготовки-колеса

Исходя из геометрических построений, а также из практических соображений, подтверждающих, что режущие зубья инструмента, расположенные близко к его торцам, имеют малую толщину и подвержены сколам, можно определить ширину B инструмента, достаточную для обработки заготовки-колеса 5 шириной b:

b

B =-----— + d a sin В,

cos В

где в - угол скрещивания осей инструмента и заготовки-колеса; da - диаметр окружности вершин зубьев обрабатываемой заготовки-колеса.

Применив известные зависимости из теории расчета цилиндрических зубчатых передач, полученную зависимость можно представить в виде

b

B =----------+ m (z + 2c + 2) sin В ,

cos В

где m - модуль зуба обрабатываемого колеса-заготовки; z - число зубьев обрабатываемого колеса-заготовки; х - коэффициент смещения исходного контура колеса-заготовки.

Инструмент для чистовой обработки цилиндрических зубчатых ко-

лес работает следующим образом. Заготовку-колесо 5 и инструмент устанавливают на скрещивающихся под углом в осях. Это необходимо для создания на режущих зубьях инструмента положительных передних углов у и обеспечения корректной формы и симметричности линии (дуги окружности) зуба обрабатываемой заготовки-колеса 5. При этом за счет улучшения геометрических параметров режущих зубьев инструмента происходят улучшение процесса резания и уменьшение доли пластического деформирования в процессе чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес и, как следствие повышение точности и качества обработки.

Заготовку-колесо 5 с предварительно формообразованными методом литья, пластического деформирования, механической обработки и др. зубьями вводят в плотное (беззазорное по боковым сторонам) зацепление с инструментом, образуя предполюсное dw0>da0, где dw0 - диаметр начальной окружности инструмента, da0 - диметр окружности вершин инструмента, или заполюсное зацепление dw0<dp0, где dp0 - диаметр окружности нижних точек активного профиля зуба. Обработку осуществляют способом свободного обката. Срезание припуска осуществляется за счет создания по всей высоте боковых поверхностей 1 зубьев инструмента скорости скольжения в контактных точках режущих кромок 2 и зубьев заготовки-колеса 5, имеющей значение больше нуля. Обработка боковых поверхностей зубьев заготовки-колеса 5 по всей их длине обеспечивается при соблюдении двух условий: во-первых, наличием на инструменте винтовой поверхности стружечной канавки 3; во-вторых, отсутствием общих множителей чисел зубьев инструмента и обрабатываемой заготовки-колеса 5. При этом обработка осуществляется без дополнительного движения подачи в осевом направлении. Это достигается за счет того, что режущие кромки инструмента конструктивно смещены в осевом направлении относительно друг друга.

После совершения инструментом количества оборотов, равного или кратного числу зубьев обрабатываемой заготовки-колеса 5, для обеспечения одинаковых условий резания на противоположных боковых поверхностях зубьев заготовки-колеса 5 производят реверсирование направления вращения зубчатой пары «инструмент - заготовка-колесо», также совершается количество оборотов, равное иди кратное числу зубьев заготовки-колеса 5. На этом заканчивается один проход. После каждого прохода производят врезание - сближение осей инструмента и обрабатываемой заготовки-колеса 5 вплоть до достижения номинального межосевого расстояния. Для улучшения качества обработанной поверхности на конечном этапе цикла обработки осуществляют выхаживание - вращение пары «инструмент - заготовка-колесо» в прямом и обратном направлениях при номинальном межосевом расстоянии. На рис. 4 показано аксонометрическое изображение зубчатой пары «инструмент - заготовка».

Рис. 4. Аксонометрическое изображение зубчатой пары «инструмент - заготовка»

Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что оптимальную производительность и качество обрабатываемой поверхности можно обеспечить, если числа зубьев инструмента и обрабатываемой заготовки-колеса не будут иметь общих множителей.

Рассматриваемый инструмент для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес был апробирован при обработке цилиндрических зубчатых колес с круговыми зубьями с модулем m=2 мм, числом зубьев 1=11, коэффициентом смещения исходного контура х=0, номинальным радиусом кривизны арки зуба R01=20 мм, выполненных из стали 20Х. Предварительное формообразование зубьев заготовки-колеса осуществлялось одной резцовой головкой. В результате проведения исследовательских и экспериментальных работ были получены следующие результаты.

1. Окончательная обработка велась рассматриваемым инструментом со следующими параметрами: модуль m0=2 мм, число зубьев z0=31, коэффициент смещения исходного контура х0=1,909 мм, угол в=2°. Режимы обработки: снимаемый припуск, определяемый по развертке начального цилиндра в среднем сечении зуба 0,12 мм, частота вращения инструмента п=250 мин-1, подача врезания 0,03 мм на рабочий цикл, количество рабочих циклов - 4, количество циклов выхаживания - 2.

Установлено, что при в<3° значимого улучшения условий протекания процесса резания и уменьшения доли пластического деформирования

в процессе чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес не наблюдается. При этом улучшение точности и качества обработки не достигается.

2. Окончательная обработка велась рассматриваемым инструментом, имеющим идентичные параметры, кроме угла ß=4°30'. Режимы обработки идентичны рассмотренным выше.

Установлено, что при ß=3...8° наблюдаются существенное улучшение условий протекания процесса резания, его стабилизация, уменьшение доли пластического деформирования в процессе чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес. При этом достигается улучшение точности и качества обработки.

3. Окончательная обработка велась рассматриваемым инструментом, имеющим идентичные параметры, кроме угла ß=10°30'. Режимы обработки идентичны рассмотренным выше.

Установлено, что при ß>8° наблюдается интенсивное увеличение нагрузки на режущие кромки зубьев инструмента, приводящее к образованию сколов на них и, как следствие, ухудшению условий протекания процесса резания и увеличению доли пластического деформирования в процессе чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес. При этом наблюдается ухудшение точности и качества обработки.

Проведенные испытания подтвердили высокую точность и качество обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями, заявленными инструментом.

Список литературы

1. Пат. 2230635 РФ, МПК7 B 23F 19/06. Дисковый шевер/ Карпухин В.П., Ямников А.С., Валиков Е.Н., Горчаков В.А.; заявитель и патентообладатель ТулГУ. №2001132030/02; заявл. 27.11.2001; опубл. 20.06.2004. Бюл. №17. 2 с.

2. Пат. 75978 РФ, МПК8 B23F 21/04. Инструмент для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес/ Маликов А.А., Валиков Е.Н., Ямников А.С., Сидоркин А.В.; заявитель ГОУ ВПО «Тульский государственный университет. №2008107065/22; заявл. 27.02.2008; опубл.

10.09.2008. Бюл. № 25. 2 с.

3. Маликов А. А., Сидоркин А.В. Инновационные технологии обработки зубьев цилиндрических колес: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 335 с.

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

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

NEW CONSTRUCTION SHEVERA-PRIKA TNIKA FOR HANDLING OF CYLINDRICAL SPROCKETS WITH CIRCULAR TEETHS

A.A. Malikoov, A. V. Sidorkin

In a article features of the new licensed construction of the combined (cut-deforming) instrument - shave-rolling for a finish machining of cylindrical sprockets with circular teeths are considered. The technique for choice optimum design data of the instrument proceeding from the types processed by it of sprockets is worked out.

Key words: a front rake, exactitude, quality, cutting, teethhandling.

Malikov Andrei Andreevich, doctor of technical sciences, professor, the head of chair, andrei-malikovayandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Sidorkin Andrei Victorovich, candidate of technical sciences, docent, alan-aa.mail.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.83

УЛУЧШЕННАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА КООРДИНАТ ОПОРНЫХ ТОЧЕК ДЛЯ ОПЕРАЦИИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ КРУГОВЫХ ЗУБЬЕВ ШЕВЕРОВ-ПРИКАТНИКОВ НА СТАНКАХ С ЧПУ

А.В. Сидоркин, Д.М. Салимов

Рассмотрены основные особенности расчета и проектирования процесса предварительного формообразования круговых зубьев режуще-деформирующих инструментов - шеверов-прикатников на станках с ЧПУ. Представленные улучшенные методики расчета, претерпевшие существенные изменения, также могут быть использованы при проектировании операций зубообработки цилиндрических колес с круговыми зубьями.

Ключевые слова: шевер-прикатник, станок с ЧПУ, расчет, координаты, инструмент, фреза, зубофрезерование.

В Тульском государственном университете на протяжении ряда последних лет разрабатывался процесс шевингования-прикатывания для чистовой обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями. Ключевым элементом, необходимым для его осуществления, является специальный