ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ЧИСТОВОЙ ОБРАБОТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Техническое решение относится к области машиностроения, в частности к обработке зубьев цилиндрических зубчатых колес.
c
c
Известен инструмент в виде дискового шевера, имеющего режущие кромки на боковых эвольвентных винтовых поверхностях зубьев и выполненный со смещением исходного контура рейки, при этом режущие кромки образованы пересечением винтовых поверхностей зубьев шевера Z с винтовыми поверхностями стружечных канавок, при этом Z=Z±1, где Z - число стружечных канавок [Пат. РФ №2230635, МПК B23F 21/28, Бюл. №17, 2004].
Недостатками являются узкие технологические возможности инструмента, 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.
8
Известен инструмент для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес, представляет собой цилиндрическое зубчатое колесо, на боковых поверхностях круговых зубьев которого выполнены режущие кромки, образованные пересечением поверхностей зубьев с винтовыми поверхностями стружечной канавки трапецеидального профиля, смещенными в осевом направлении друг относительно друга на величину , где Р - шаг винтовой стружечной канавки, z - число зубьев инструмента, и наклоненные к торцам под углами . Инструмент образует с обрабатываемой заготовкой-колесом зубчатую пару внеполюсного зацепления [Пат. РФ №75978, МПК B23F 21/04, Бюл. №25, 2008].
Недостатком указанного инструмента является недостаточная точность и качество боковых поверхностей зубьев обрабатываемого колеса. Это объясняется неравномерными условиями протекания процессов резания и поверхностного пластического деформирования, изменяющимися по высоте зуба обрабатываемого колеса. И проявляется из-за различия скоростей скольжения режущих кромок инструмента по высоте активного участка профиля зуба обрабатываемого колеса от его головки к ножке.
Задача технического решения - повышение точности и качества зубьев обрабатываемых колес за счет нормализации условий протекания процессов резания и поверхностного пластического деформирования по всей высоте активных участков профилей зубьев обрабатываемых колес.
Поставленная задача решается за счет того, что обработка осуществляется инструментом для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес, выполненным в виде цилиндрического зубчатого колеса, на боковых поверхностях зубьев которого выполнены режущие кромки, которые, в свою очередь, образованы пересечением поверхностей зубьев с винтовыми поверхностями стружечной канавки, смещенные в осевом направлении друг относительно друга на величину  где Р - шаг винтовой стружечной канавки, z - число зубьев инструмента, образующего с обрабатываемой заготовкой-колесом зубчатую пару внеполюсного зацепления, причем профиль винтовой стружечной канавки инструмента образован кривыми второго порядка.
На фиг.1 изображено осевое сечение инструмента для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес.
На фиг.2 представлено аксонометрическое изображение инструмента для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес.
Инструмент для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес представляет собой закаленное цилиндрическое зубчатое колесо.
Боковые поверхности зубьев инструмента являются эвольвентными. Режущие кромки 1 инструмента образованы пересечением винтовой поверхности стружечной канавки 3, профиль которой образован кривыми второго порядка - 2 и боковых поверхностей зубьев инструмента. При таком конструктивном решении режущие кромки 1 смещены в осевом направлении друг относительно друга. Кроме того, различные точки режущих кромок 1 инструмента будут иметь различную величину угла наклона λ, нелинейно изменяющуюся по высоте зуба инструмента. В точках, расположенных на ножках зубьев инструмента (там, где скорость скольжения меньше), контактирующих с головками зубьев обрабатываемого колеса углы наклона λ режущих кромок 1 зубьев инструмента оказываются максимальны, что компенсирует отрицательное влияние пониженной скорости скольжения в этих точках. В точках, расположенных на головках зубьев инструмента (там, где скорость скольжения максимальна), контактирующих с ножками зубьев обрабатываемого колеса углы наклона λ режущих кромок 1 зубьев инструмента оказываются минимальны, что компенсирует отрицательное влияние пониженной скорости скольжения в этих точках.
Благодаря достигнутой взаимной балансировке ключевых факторов (скорости резания и величины угла наклона режущих кромок λ инструмента), оказывающих влияние на процессы резания и поверхностного пластического деформирования при зубообработке, протекающие в на различных высотах активных участков профилей зубьев обрабатываемых колес (от ножки до головки), происходит повышения точности и качества зубьев обрабатываемых колес за по всей высоте их зубьев.
Инструмент для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес работает следующим образом. Заготовку-колесо и инструмент, устанавливают на параллельных осях. Заготовку-колесо с предварительно формообразованными методом литья, пластического деформирования, механической обработки и др. зубьями, вводят в плотное (беззазорное по боковым сторонам) зацепление с инструментом, образуя при этом предполюсное или заполюсное зацепление. Обработку осуществляют способом свободного обката. Срезание припуска осуществляют за счет создания по всей высоте боковых поверхностей зубьев инструмента скорости скольжения в контактных точках режущих кромок 1, расположенных на пересечении боковых поверхностей его зубьев и винтовой канавки 3, и зубьев заготовки-колеса, и имеющей значение больше нуля. При этом, отрицательное влияние дисбаланса скорости скольжения в различных точках режущих кромок 1 (у головок и ножек зубьев инструмента) компенсируется различными углами их наклона (в областях головок и ножек зубьев инструмента), которые получены при очерчивании профиля стружечной канавки 3 кривыми второго порядка 2. Обработку боковых поверхностей зубьев заготовки-колеса по всей их длине обеспечивают при соблюдении двух условий: во-первых, наличием на инструменте винтовой поверхности стружечной канавки; во-вторых, отсутствием общих множителей чисел зубьев инструмента и обрабатываемой заготовки-колеса. При этом обработку осуществляют без дополнительного движения подачи в осевом направлении.
После совершения инструментом количества оборотов, равного или кратного числу зубьев обрабатываемой заготовки-колеса, для обеспечения одинаковых условий резания на противоположных боковых поверхностях зубьев заготовки-колеса производят реверсирование направления вращения зубчатой пары инструмент - заготовка-колесо, и также совершается количество оборотов, равное или кратное числу зубьев заготовки-колеса. На этом заканчивается один проход. После каждого прохода производят врезание - сближение осей инструмента и обрабатываемой заготовки-колеса 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.
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.
o
0
0
Предлагаемая конструкция инструмента была реализована при обработке цилиндрического зубчатого колеса, выполненного из стали 20Х ГОСТ 4543-71, имеющего следующие основные параметры: модуль m=2 мм, число зубьев z=11, коэффициент смещения исходного контура χ=0. Предварительное формообразование зубьев обрабатываемого колеса осуществлялось зубофрезерованием. Окончательная обработка велась инструментом со следующими параметрами: модуль m=2 мм, число зубьев z=31, коэффициент смещения исходного контура χ=1.909 мм, вид кривой второго порядка, образующие профиль стружечной канавки инструмента - парабола, углы наклона режущих кромок инструмента у головок его зубьев - λ=9°, у ножек - λ=30°.
-1
Режимы обработки: снимаемый припуск, определяемый по развертке начального цилиндра в среднем сечении зуба - 0,12 мм, частота вращения инструмента n=200 мин, подача врезания 0,03 мм на рабочий цикл, количество рабочих циклов - 4, количество циклов выхаживания - 2.
Шероховатость боковых поверхностей зубьев колеса после обработки шевингованием-прикатыванием по способу, описанному в ближайшем аналоге (прототипе) на ножке - Rα=1,2 мкм, на головке -Rα=1,4 мкм. Шероховатость после обработки шевингованием-прикатыванием предлагаемым инструментом на ножке - Rα=1,0 мкм, на головке - Rα=1,1 мкм.
Суммарная площадь пятна контакта на боковых поверхностях зубьев колеса после обработки шевингованием-прикатыванием по способу, описанному в ближайшем аналоге (прототипе) - 55…60%. Суммарная площадь пятна контакта на боковых поверхностях зубьев колеса после обработки шевингованием-прикатыванием предлагаемым инструментом -65…72%.
Представленные данные свидетельствуют о возможности применения предлагаемого инструмента для эффективной обработки цилиндрических зубчатых колес, при которой достигается повышение точности и качества (уменьшение шероховатости) боковых поверхностей зубьев обрабатываемых колес, что, в конечном итоге, приводит к повышению их эксплуатационных характеристик.