ЗУБОФАСОЧНАЯ ГОЛОВКА

Полезная модель относится к области металлообработки и может быть использована для формообразования фасок на кромках торцов средних эвольвентных шлицевых прямозубых венцов ведомых валов механических коробок переменных передач автомобилей и других деталей методом накатывания.
В механических коробках переменных передач автомобиля с обоих торцов среднего эвольвентного шлицевого прямозубого венца ведомого вала требуется наличие заходных фасок для обеспечения плавности включения передач, при этом характерной особенностью данных валов является наличие длинной размерной цепочки, связывающей базовый торец вала с указанным средним шлицевым венцом, то есть положение среднего шлицевого венца относительно базового торца на указанных валах является величиной переменной от детали к детали, а сама погрешность цепи становится сопоставимой с величиной фаски.
В настоящее время известны способы обработки фасок на торцах зубьев зубчатых колесом методом накатывания, резания, которые можно условно разбить на две группы.
2
4
К первой группе следует отнести технические решения, которые решают задачи обработки фасок на торцах зубчатых колес накатыванием или резанием при движении обката. К данной группе относятся следующие решения: US №3729967 А (МПК B23F 19/10, опубликовано 01.05.1973), US №6050755 А (МПК B23F 19/10, B23F 23/12, опубликовано 18.04.2000), CN №108581084 А (МПК B23F 19/00; B23F 19/10; B23F 21/00, опубликовано 28.09.2018), авт. свидет. SU №524592 (МПК В21Н 5/00, опубликовано 15.08.76), авт. свидет. SU №1248710 (МПК В21Н 5/00, опубликовано 07.08.86), RU №28063 U1 (МПК B23F 19/10 (2000.01), опубликовано 10.03.2003), RU №103084 U (МПК B23F 19/10 (2006.01), опубликовано 27.03.2011), RU №60885 U1 (МПК B23F 19/10 (2006.01), опубликовано 10.02.2007).
Общим недостатком технических решений данной группы патентов является то, что конструкцией инструмента и/или способами обработки в указанных патентах не предусмотрена возможность компенсации погрешностей размерной цепи при осевой выставке инструмента относительно зубчатого венца обрабатываемой детали. Кроме того, патенты первой группы объединяет наличие синхронизатора (или иных конструктивных элементов, выполняющих его функции), ширина зубьев которого меньше ширины обрабатываемого зубчатого венца, ввиду чего указанные зубья при работе могут оставлять вмятины на обрабатываемом зубчатом венце.
Так, например, в патенте US №3729967 А описывается катаные и механически нарезанные шестерни методом накатывания, входящих в зацепление с валом, содержащие направляющую шестерню, промежуточную между парой боковых шестерен, где наружные шестерни образуют фаски на краях зубьев, в то время как направляющая шестерня при работе без бокового зазора с рабочей шестерней, зубья которой ограничены зубьями шестерен вала.
В патенте US №6050755 А описывается устройство для снятия фаски и заусенцев с торцевых кромок зубьев прямых и косых зубчатых колес, содержащее колесо для снятия заусенцев, расположенное на торце по отношению к заготовке и входящее в зацепление при чистовой обработке кромке зуба, содержащее зубчатую направляющую шестерню, расположенную в осевом направлении рядом с устройством для снятия заусенцев колесо, соединенное с ним без возможности вращения и находящееся в зацеплении с изделием, содержащее фрезерный диск, расположенный с возможностью вращения на концах относительно детали на той же стороне, что и диск для удаления заусенцев, и содержащий раму станка с зажимом детали приспособление и станина для суппорта, поддерживающая инструмент, состоящий из колеса для удаления заусенцев и направляющей шестерни, и поддерживающая вторичный диск заусенцев.
Из патента CN 108581084 А известно изобретение инструмента для снятия фаски с торцевой поверхности зубчатых колес методом накатки, содержащее корпус в форме диска, в котором рабочие зубья распределены по внешнему краю корпуса инструмента в форме диска, и имеющее зубья для снятия фаски с торцевой поверхности зубчатого колеса, роликовые зубья для прокатки и корректировки поверхности.
В авт. свидет. SU №524592 описывается устройство для накатки зубчатых колес, содержащее установленный в станине накатник, контактирующий с рабочими поверхностями ограничительных реборд, которые жестко закреплены на станине и выполнены в виде планок.
Из авт. свидет. SU №1248710 известно устройство для накатки зубчатых колес, содержащее накатник с двумя ограничительными ребордами в виде планок, которые установлены с возможностью регулирования расстояния между ними по ширине зубчатого венца накатника.
Из патента RU №28063 U1 известен сборный инструмент для снятия фасок и заусенцев с торцевой поверхности зубьев зубчатых колес, состоящий из корпуса на котором при помощи равнорасположенных винтов закреплены режущие инструменты, корпус выполнен в виде поводкового косозубого колеса ступенчатой формы, высота которого меньше обрабатываемой детали на ширину двух фасок, причем режущие инструменты выполнены в виде накатников, состоящих из двух прямозубых колес с чередующимся количеством зубьев, высота которых выполнена с равномерным увеличением и задним углом при вершине, причем внутренняя сторона накатника с торца выполнена под углом.
Также в патенте RU №103084 U1 известен сборный инструмент для снятия фасок и заусенцев с торцов зубьев зубчатых колес, состоящий из корпуса, выполненного в виде поводкового косозубого колеса ступенчатой формы и высотой меньше обрабатываемой детали на ширину двух фасок, на котором при помощи равнорасположенных винтов закреплены режущие инструменты, выполненные в виде накатников, имеющих внутреннюю сторону с торца, выполненную под углом, и состоящих из двух прямозубых колес с чередующимися группами зубьев, выполненных с задним углом при вершине и с увеличением их высоты в группе, причем зубья в группе выполнены с неравномерным увеличением их высоты и диаметра и зависят от диаметра основной окружности режущего инструмента и от радиуса кривизны эвольвенты на вершине зуба режущего инструмента.
В патенте RU №60885 U1 описывается накатной блок снятия фасок и заусенцев, содержащий синхронизатор, выполненный в виде цилиндрического зубчатого колеса, имеющего ширину венца меньше ширины венца обрабатываемого колеса, с размещенным на нем и закрепленным при помощи деталей крепления накатником, выполненным в виде косозубого колеса с углом наклона винтовой линии зубьев, равным углу фаски на торце, зубья которого содержат активную и неактивную боковые стороны, причем торцовый модуль накатника равен торцовому модулю обрабатываемого колеса, где торцовый угол профиля накатника определяется зависимостью от диаметра основной окружности поверхности фаски к диаметру делительной окружности поверхности фаски.
3
Ко второй группе следует отнести следующие технические решения: US №3735619 А (МПК В21Н 5/00; В21Н 5/02; B23F 19/10, опубликовано 29.05.1973), US №6571475 В1 (МПК В21Н 5/02, опубликовано 03.06.2003), авт. свидет. SU №1646724, МПК B23F 19/10, опубликовано 07.05.91), RU №74327, МПК B23F 19/10 (2006.01), опубликовано 27.06.2008), авт. свидет. SU №93950, МПК 49d, опубликовано 04.08.1951), RU №67001, МПК B23F 19/10 (2006.01), опубликовано 10.10.2007), авт. свидет. SU №1000187, МПК B23F 19/10, опубликовано 28.02.83).
В данных технических решениях есть осевая компенсация погрешностей размерной цепи при осевой выставке инструмента относительно зубчатого венца обрабатываемой детали.
В патенте US №3735619 А известен способ окончательной обработки зубчатых колес и образования фасок качанием, суть которого состоит в том, что ширина венца синхронизатора накатного блока, состоящего из синхронизатора и соединенных с ним жестко накатников, больше ширины зубчатого венца, по торцам которого формируется фаска, причем обработка накатниками оказывается возможной благодаря перемещению заготовки вдоль своей оси, в результате чего накатники, формирующие фаску, работают по отдельности. Несмотря на гибкость и возможность компенсации погрешностей размерной цепи при осевой выставке инструмента относительно зубчатого венца обрабатываемой детали, данное техническое решение обладает следующим недостатком, что указанная выставка осуществляется с помощью привода, подстройка под размеры не осуществляется автоматически, что недопустимо в условиях средне- и крупносерийного производства.
В патенте US №6571475 В описана конструкция накатного блока для снятия фасок и заусенцев на торцах зубьев цилиндрических зубчатых колес, содержащая оправку, закрепленный на ней накатник, выполненный в виде косозубого колеса с углом наклона винтовой линии зубьев равным углу фаски на торце, по крайней мере дисковый нож, опорный диск, причем дисковый нож прижимается к торцу заготовки посредством пружин, размещенных в отверстиях опорного диска и зафиксирован от поворота относительно оправки при помощи болтового соединения, обеспечивающего осевое перемещение дискового ножа.
В патенте SU №1646724 известен инструмент для снятия фасок и заусенцев на торцовых поверхностях зубьев цилиндрических зубчатых колес, содержащий установленные попарно два зубчатых накатника и диски с режущими кромками, где диски выполнены в виде косозубых зубчатых колес с разноименным направлением зубьев, диаметр окружности впадин которых превышает диаметр окружности выступов накатника, причем ширина зубчатого венца дисков в зоне поверхности впадин зубьев превышает ширину его ступицы и на зубьях с каждого торца дисков выполнены углы.
В патенте RU №74327 известен фрезерный блок для снятия фасок на торцах зубьев зубчатых колес, содержащий оправку, размещенную на ней и закрепленную при помощи деталей крепления червячную одновитковую фрезу, содержащую зубья, выполненные на одном витке червяка, осевой шаг которого отличается от окружного шага обрабатываемого колеса, и имеющие режущие кромки на одной боковой стороне и вершине зуба, причем дополнительно содержащий вторую червячную фрезу, размещенную на оправке, зубья которой содержат режущие кромки на противоположной боковой стороне и вершине, причем вершина зуба выполнена под углом к оси фрезы.
Также из патента RU №67001 известен накатной зубофасочный блок, содержащий оправку, с закрепленными на ней накатниками, выполненных в виде косозубого колеса с углом наклона винтовой линии зубьев, равным углу фаски на торце, опорный диск и дисковый нож, прижимаемый к торцу заготовки посредством размещенных в отверстиях опорного диска пружин, и закрепленный при помощи болтового соединения, причем на оправке размещен с возможностью вращения прижимной диск, имеющего наклонные поверхности, контактирующие с клином, жестко закрепленные на суппорте заготовки, при этом прижимной диск своим торцом контактирует с торцом опорного диска, установленным с возможностью осевого перемещения.
Недостатком выше указанных технических решений является то, что присутствующая в них гибкость направлена на съем заусенцев, осуществляемая с помощью дисковых ножей, при этом выставка ножей в нужное положение производится в той или иной степени автоматически, поскольку базовый торец ножа поджимается к торцу зубчатого венца при помощи пружин, причем стоит отметить, что применение аналогичного технического решения к накатникам без существенного усложнения их конструкции не представляется возможной, поскольку в этом случае торец накатника при совпадении его с торцом обрабатываемого венца не позволит ему осуществлять формообразующую обработку зубьев.
Из авт. свидет.SU №93950 известен способ снятия острых углов и заусенцев торцевых частей зубчатых колес, которые снимают методом обкатки зубчатого колеса по инструменту, который выполнен в виде зубчатого колеса с рабочими зубьями, поверхностями которых выполнены наклонными к их торцу и снабжены канавками, образующих режущие кромки. Недостатком данного решения является то, что нет возможности управляемой настройки на размер, поскольку из-за наличия пружин инструменты могут отодвинуться от торцов обрабатываемого зубчатого венца на произвольное расстояние, зависящее от жесткости и инерционности пружин.
Также в авт. свидет.SU №1000187 известно устройство для обработки фасок и снятия заусенцев с торцов зубьев зубчатых колес, содержащее приводной вал, два соосно расположенных подпружиненных инструмента, выполненных в виде зубчатых колес, каждый зуб которых имеет режущие кромки, образованные канавками, выполненными на срезанных по контуру рабочих поверхностях зубьев, снабжено также приводами и шарнирными механизмами, которые попарно связаны с каждым из инструментов, шестерней, установленной на приводном валу и соединенной с инструментами упругой связью, причем каждый из шарнирных механизмов выполнен в виде двух опор качения и стакана, связанного с приводом инструмента. Благодаря наличию упругих связей типа инструмент - деталь и подпружиниванию инструмента, данное решение может компенсировать погрешности размерной цепи, связывающей базы заготовки и торцы обрабатываемого зубчатого венца, однако невозможность управляемой настройки на размер, поскольку из-за наличия пружин, инструменты могут отодвинуться от торцов обрабатываемого зубчатого венца на произвольное расстояние, зависящее от жесткости и инерционности пружин и общая сложность конструкции, предполагает модернизацию оборудования, а также данное техническое решение не возможно применить на практике для решения задачи компенсации указанной погрешности размерной цепи.
Общим недостатком технических решений является то, что не обеспечивается должная точность и качество обработки фасок зубьев.
В качестве ближайшего аналога выбрана зубофасочная головка для образования фасок по всему контуру зубьев на торцах зубьев зубчатых колес, содержащая корпус, размещенный на нем и закрепленный при помощи деталей крепления накатники, выполненных в виде зубчатых колес, содержащих зубья с различным направлением и углом наклона на их боковых сторонах, и вершиной зуба, выполненной под углом к оси, причем боковые стороны зубьев накатника образованы двумя винтовыми эвольвентными поверхностями, пересекающимися в средней плоскости накатника, и образующих сочетание из двух зубьев с наклоном под углом (патент RU №71580, МПК B23F 19/00 (2006.01), опубликовано 20.03.2008). В данном техническом решении корпус зубофасочной головки может быть выполнен в виде синхронизатора и содержать зубчатый венец, сопрягаемый с обрабатываемой заготовкой.
Кроме того, недостатком данного технического решения является то, что в ней не предусмотрена возможность компенсации погрешностей размерной цепи при осевой выставке инструмента относительно зубчатого венца обрабатываемой детали, а при реализации корпуса в виде синхронизатора, ширина зубьев которого меньше ширины обрабатываемого зубчатого венца, его зубья при работе могут оставлять вмятины на обрабатываемом зубчатом венце, причем, если же корпус реализовывается без зубьев, то функции синхронизатора ложатся на накатники, следовательно, при их работе фаска по контуру правой или левой стороне зуба обрабатываемого венца окажется больше размера по левой или правой стороне направления вращения инструментального шпинделя, а для обеспечения более равномерного размера фаски потребуется выполнить реверс направления вращения и второй переход, что увеличивает трудоемкость обработки, а в итоге не обеспечивается точность обработки фасок.
Задачей данной полезной модели является создание конструкции, обеспечивающей точность обработки фасок зубьев на средних венцах вторичных валов механических коробок переменных передач.
Поставленная задача достигается тем, что зубофасочная головка, содержащая корпус, размещенный на нем и закрепленный при помощи деталей крепления, двух накатников, выполненных в виде зубчатых колес, содержащих зубья с различным направлением и углом наклона на их боковых сторонах, и вершиной зуба, выполненной под углом к оси, боковые стороны зубьев накатников образованы двумя винтовыми эвольвентными поверхностями, пересекающимися в средней плоскости накатника, и образующих сочетание из двух зубьев с наклоном под углом, посадочное отверстие корпуса выполнено сквозным, имеет продольный шпоночный паз и образует посадку с зазором с инструментальным шпинделем, а шпоночный паз отверстия - посадку с зазором со шпонкой инструментального шпинделя, при этом на упомянутом отверстии и пазе выполнено отверждаемое твердосмазочное покрытие, кроме того корпус имеет фланцевую часть, торцы которой совпадают с торцами накатников и образует посредством призматической шпонки шпоночное соединение с размещенным на нем синхронизатором, совмещенным по торцу с одним из накатников, при этом зубья синхронизатора и накатников расположены друг относительно друга симметрично, а на наружной поверхности корпуса с двух сторон торцов зубофасочной головки расположены пружины.
Совокупность отличительных признаков, заключающаяся в том, что посадочное отверстие корпуса зубофасочной головки выполнено сквозным, имеет продольный шпоночный паз и образует посадку с зазором с инструментальным шпинделем, а шпоночный паз отверстия - посадку с зазором со шпонкой инструментального шпинделя, при этом на упомянутом отверстии и пазе выполнено отверждаемое твердосмазочное покрытие, кроме того корпус имеет фланцевую часть, торцы которой совпадают с торцами накатников и образует посредством призматической шпонки шпоночное соединение с размещенным на нем синхронизатором, совмещенным по торцу с одним из накатников, при этом зубья синхронизатора и накатников расположены друг относительно друга симметрично, а на наружной поверхности корпуса с двух сторон торцов зубофасочной головки расположены пружины, позволяет повысить точность обработки фасок с двух сторон.
Полезная модель поясняется следующими чертежами:
фиг.1 - зубофасочная головка, общий вид в разрезе (повернуто в изометрии на ¾);
фиг. 2 - то же, общий вид в разрезе;
фиг.3 - то же, вид А фиг.2 (в изометрии);
фиг. 4 - накатник зубофасочной головки, (повернуто в изометрии на ¾);
фиг.5 - синхронизатор зубофасочной головки, (повернуто в изометрии на ¾);
фиг.6 - корпус зубофасочной головки в сборе с призматической шпонкой (в изометрии);
фиг. 7 - зубофасочная головка с заготовкой в сборе на оборудовании в конце рабочего хода в разрезе; фиг.8 - то же, вид Б фиг.7;
фиг. 9 - то же, разрез В-В фиг.8 в развертке на плоскость, в начальный момент контакта зубофасочной головки и заготовки, когда плоскости симметрии не совпадают;
фиг. 10 - то же, разрез В-В фиг.8 в развертке на плоскость в конце рабочего хода, когда плоскости совпали.
Зубофасочная головка содержит корпус 1, на котором размещены два симметричных накатника 2 и 3, закрепленных при помощи деталей крепления 4. Накатники 2 и 3 выполнены в виде зубчатых колес, содержащих зубья 5 с различным направлением и углом наклона на их боковых сторонах 6, и вершиной зуба 7, выполненной под углом к оси. Боковые стороны 6 зубьев накатников 2 и 3 образованы двумя винтовыми эвольвентными поверхностями 8 и 9, пересекающимся в средней плоскости накатников, и образующих сочетание из двух зубьев с наклоном под углом. При этом посадочное отверстие 10 корпуса 1 выполнено сквозным, имеет продольный шпоночный паз 11 и образует посадку с зазором с инструментальным шпинделем 12, а шпоночный паз 11 отверстия 10 корпуса 1 - посадку с зазором со шпонкой 13 инструментального шпинделя 12, причем на отверстие 10 корпуса и паз 11 нанесено отверждаемое твердосмазочное покрытие 14. Кроме того, корпус 1 имеет фланцевую часть 15 торцевые поверхности 16 и 17 которой совпадают с торцами 18 и 19 накатников 2 и 3 и образует посредством призматической шпонки 20 шпоночное соединение с размещенным на нем синхронизатором 21, совмещенным по торцу 22 с одним из накатником. При этом, зубья синхронизатора 21 и накатников 2 и 3 расположены друг относительно друга симметрично, причем толщина зубьев 23 синхронизатора 21 обеспечивает минимальный боковой зазор с входящим в зацеплении с ним шлицевым венцом 24, расположенным относительно обрабатываемого среднего шлицевого венца 25, где наличие минимального бокового зазора позволяет обеспечить точность обработки фасок за счет того, что фаски на левой и правой сторонах обрабатываемого зубчатого венца окажутся одинаковыми. Причем, ширина зубчатого венца 26 синхронизатора 21 больше ширины сопряженного с ним венца 24 заготовки, что в свою очередь исключает появление вмятин на боковой поверхности зуба, а, следовательно, обеспечивает также и точность обработки. Кроме того, на наружной поверхности корпуса 1 с двух сторон торцов зубофасочной головки расположены пружины 27 и 28, сила предварительного усилия сжатия которых достигается для преодоления трения скольжения зубофасочной головки по инструментальному шпинделю 12, но при этом меньше осевой составляющей наибольшей силы пластической деформации, возникающей в процессе накатывания.
Принцип работы, заявляемой зубофасочной головки состоит в следующем. Зубофасочная головка устанавливается на инструментальный шпиндель 12 станка. Заготовку обрабатываемого вторичного (ведомого) вала закрепляют в центрах с возможностью свободного вращения. После этого синхронизатор 21 зубофасочной головки и левый (либо правый) относительно среднего шлицевого венца 25, шлицевой венец 24 заготовки вводят в зацепление и включают главное движение, а также движение подачи. Главным движением является движение обката, а подачи - перемещение заготовки относительно зубофасочной головки в радиальном направлении. Вращение от синхронизатора 21 зубофасочной головки приводит во вращение заготовку. При уменьшении межосевого расстояния боковые стороны. 6 накатников 2 и 3 начнут пластически деформировать материал на кромках зубьев среднего шлицевого венца 25. Первоначально фаска с разных торцов среднего шлицевого венца 25 будет, во-первых, меньше требуемой на детали, а во вторых - неравномерной с разных торцов венца 25 ввиду наличия неизбежных погрешностей в размерной цепи (на фиг.9 левая фаска меньше правой), соответственно, сопротивление материала заготовки смятию будет формировать силы  в начальный и конечный момент времени с левого и правого торцов зубьев соответственно, проецируемых на ось инструментального шпинделя как, соответственно, разнонаправленные компоненты  причем в рассматриваемом случае  то есть при несовпадении плоскостей симметрии в некоторый начальный момент времени. Благодаря наличию зазоров в посадках зубофасочной головки на шпиндель 12 и шпонки 13 инструментального шпинделя 12 по пазу 11 корпуса 1 зубофасочной головки, а также отверждаемому твердосмазочному покрытию 14, под действием преобладающей силы (в рассматриваемом случае направленной вправо), зубофасочная головка переместится в положение, обеспечивающее совпадение плоскостей симметрии фланцевой части 15 корпуса 1 зубофасочной головки и среднего шлицевого венца 25 заготовки, за счет чего фаски по обоим торцам обрабатываемого венца 25 окажутся одинаковыми, при этом указанные ранее силы окажутся равны:  таким образом при совпадении сил, плоскости совпали (на фиг.10), а значит обработка фасок получилось симметричным, то есть обеспечилась точность обработки фасок с двух сторон зубьев. Таким образом, благодаря наличию синхронизатора 21, толщина зубьев 23 которого обеспечивает минимальный боковой зазор со входящим в зацепление с ним шлицевым венцом 24, в конце рабочего хода фаска по левой и правой сторонам зубьев среднего шлицевого венца 25 так же окажется одинаковой (при условии их симметричности зубьям шлицевого венца 24, сопряженного с синхронизатором 21) ввиду того, что накатники 2 и 3 практически не будет выступать в качестве ведущих колес в зацеплении. За счет того, что при работе вдоль инструментального шпинделя 12 перемещается зубофасочная головка, ширина зубчатого венца 26 синхронизатора 21 больше ширины сопряженного с ним венца 24 заготовки, на ее поверхности не останется вмятин от зубьев 23 синхронизатора 21, что также означает и отсутствие буртика от вмятины, который бы препятствовал осевому перемещению зубофасочной головки, а, следовательно, обеспечивается точность обработки фасок зубьев. Причем, за счет предварительного усилия сжатия пружин 27 и 28, установленных по обоим торцам корпуса зубофасочной головки, величина которого больше силы трения покоя зубофасочной головки по поверхности инструментального шпинделя 12, происходит возврат зубофасочной головки в исходное положение вдоль оси инструментального шпинделя 12, что весьма важно при больших погрешностях в размерной цепи, связывающей базовые опорные поверхности заготовки вала вторичного механической КПП с торцами обрабатываемого зубчатого венца 25.
Заявленная совокупность отличительных признаков позволяет обеспечить точность обработки фасок зубьев на средних венцах вторичных валов механических коробок переменных передач.
Заявляемая полезная модель соответствует требованию промышленной применимости, его реализация возможна на стандартном технологическом оборудовании с применением ранее освоенных технологий.