Прогрессивная конструкция шевера прикатника, нормализующая условия обработки по высоте активных участков профилей зубьев

УДК 621.83

ПРОГРЕССИВНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ШЕВЕРА - ПРИКАТНИКА, НОРМАЛИЗУЮЩАЯ УСЛОВИЯ ОБРАБОТКИ ПО ВЫСОТЕ АКТИВНЫХ УЧАСТКОВ ПРОФИЛЕЙ ЗУБЬЕВ

А.А. Маликов, А.В. Сидоркин

Отражен основной вариант новой запатентованной конструкции комбинированного (режуще-деформирующего) инструмента - шевера-прикатника для чистовой обработки цилиндрических колес. Выработаны пути нормализации условий протекания процессов резания и поверхностного пластического деформирования по всей высоте активных участков профилей зубьев колес, обрабатываемых шевингованием-прикатыванием.

Ключевые слова: угол наклона, режущая кромка, качество, инструмент, зубо-обработка.

В ТулГУ ранее был разработан инструмент для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес Он 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. В процессе зубообработки инструмент образует с заготовкой-колесом зубчатую пару внеполюсного зацепления. [1-5].

Основными недоработками указанного инструмента являются 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.

Основной задачей предлагаемого решения является 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 [6,7].

Поставленная задача решается за счет того, что обработка осуществляется инструментом, профиль винтовой стружечной канавки которого образован кривыми второго порядка. На рис. 1 изображено осевое сечение инструмента, а на рис. 2 - его аксонометрическое изображение.

Инструмент для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес представляет собой закаленное цилиндрическое зубчатое колесо. Боко-

вые 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 X, 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 X 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 X 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 X 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.

А 2

1

Рис. 1. Осевое сечение инструмента

Рис. 2. Аксонометрическое изображение инструмента

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 предпо-люсное или заполюсное зацепление. Обработку осуществляют способом свободного обката. Срезание припуска осуществляют за счет создания по всей высоте боковых поверхностей зубьев инструмента 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 [8].

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 межо-севом 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.

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 7=11, коэффициент смещения исходного контура Х=0.

244

Предварительное формообразование зубьев обрабатываемого колеса осуществлялось зубофрезерованием [9]. Окончательная обработка велась инструментом со следующими параметрами: модуль т0=2 мм, число зубьев z0=31, коэффициент смещения исходного контура х0=1,909 мм, вид кривой второго порядка, образующие профиль стружечной канавки инструмента -парабола, углы наклона режущих кромок инструмента у головок его зубьев - Х=9°, у ножек - Х=30°.

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.

Шероховатость боковых поверхностей зубьев колеса после обработки шевингованием-прикатыванием по способу, описанному в ближайшем аналоге (прототипе), на ножке Ra=1,2 мкм, на головке Ra=1,4 мкм. Шероховатость после обработки шевингованием-прикатыванием предлагаемым инструментом на ножке Ra=1,0 мкм, на головке Ra=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.

Список литературы

1. Патент на изобретение RUS 2224624 МПК 7 B23F19/06/ Карпухин В.П., Ямников А.С., Валиков Е.Н. Способ шевингования-прикатывания цилиндрических зубчатых колес. Опубл. 27.11.2001.

2. Патент 2230635 РФ, МПК 7 В 23F 21/28. Дисковый шевер / Карпухин В.П., Ямников А.С., Валиков Е.Н. Опубл. 20.06.2004. Бюл. №17. 4 с.

3. Патент 2369469 РФ, МПК 7 В 23F 19/06. Способ обработки цилиндрических зубчатых колес шевингованием-прикатыванием / Маликов А.А., Валиков Е.Н., Ямников А.С., Сидоркин А.В. Опубл. 10.10.2009. Бюл. № 28. 4 с.

4. Патент 2479389 РФ, МПК 7 В 23F 9/06. Способ обработки цилиндрических зубчатых колес шевингованием-прикатыванием / Маликов А.А., Сидоркин А.В. Опубл. 20.04.2013. Бюл. № 11. 10 с.

5. Патент 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. Опубл. 10.09.2008. Бюл. № 25. 2 с.

6. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Ямников А.С. Резание и пластическое деформирование при шевинговании-прикатывании цилиндрических колес с круговыми зубьями / СТИН. 2012. № 11. С. 17-21.

7. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Ямников А.С. Динамические характеристики шевингования-прикатывания цилиндрических колес с круговыми зубьями // Технология машиностроения. 2012. № 2. С. 19-23.

8. 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.

9. 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-malikov'a,yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

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

SHEVER'S PROGRESSIVE SHEV- ROLLING NORMALIZING CONDITIONS OF

PROCESSING ON HEIGHT OF ACTIVE SITES OF PROFILES OF TEETHS

A.A. Malikov, A. V. Sidorkin

The basic variant of the new licensed construction of the combined (cutting deforming) instrument - shev-rolling for a finish machining of cylindrical sprockets is reflected. Paths of normalisation of conditions of course of processes of cutting and surface plastic deformation on all height of active sites of profiles of teeths of the sprockets processed shev-rolling are worked out.

Key words: an angle of inclination, a cutting edge, quality, the instrument, 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-aa.mail. ru, Russia, Tula, Tula State University