Червячный инструмент

 

Червячный инструмент предназначен для точечной обработки эвольвентных зубчатых изделий. Инструмент содержит рабочую часть и корпус, состоящий из левой и правой частей, установленных на оправке и разделенных дистанционным кольцом. Инструмент снабжен пружинами, размещенными на рабочей части, закрепленными на указанных частях корпуса и предназначенными для нанесения на них абразивного материала или закрепления на них рабочих элементов в виде сменных режущих пластин или сменных деформирующих пластин или шариков. Инструмент при сниженной себестоимости; обладает универсальностью и простотой конструкции, повышенной стойкостью и позволяет повысить точность обрабатываемых изделий. 21 з.п. ф-лы,3 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к червячным инструментам для обработки зубчатых изделий.

Известно, что формообразование эвольвентного профиля зубьев изделия червячными инструментами возможно в точках касания по линиям профилирования, проходящим по нормали к профилю зуба инструмента через полюс профилирования (см. кн. Семенченко И. И. Режущий инструмент. Т. 3.- М.: Машгиз, 1944, с. 14-16). При этом наклон линий профилирования задан углами профиля зубьев, а их уменьшение до 0^o реализует возможность точечного формообразования, при котором весь боковой эвольвентный профиль зубьев изделия формируется всего одной точкой на вершине бокового профиля зуба инструмента.

Известна также червячная фреза, обеспечивающая точечное формообразование эвольвентного профиля зубьев колеса, у которой режущие пластины вершинами размещены на линии станочного зацепления с нарезаемым колесом под углом 0^o, равным углу профиля инструмента, а ее корпус выполнен из двух половин (левой и правой), разделенных дистанционным кольцом (см. кн. Инструментальные материалы /Моисеенко О.И., Чкалова О.Н. - К.: Вища шк. 1982. - с. 144-145). Однако такая фреза теряет универсальность, т.к. линейный шаг ее зубьев зависит от количества обрабатываемых зубьев изделия, а крепление режущих пластин затруднено, что усложняет ее конструкцию.

Известна также червячная фреза для точечной обработки изделий с эвольвентным профилем, у которой угол профиля зубьев, задающий линию профилирования, может отличаться от 0^o, а сама она выполнена конической (см. кн. Металлорежущие инструменты /Г.Н. Сахаров, О.С. Арбузов, Ю.Л. Боровая и др. - М.: Машиностроение, 1989. - C. 231-232). При этом уменьшается длина зоны профилирования, что сокращает размеры фрезы, но ее недостатками также являются неуниверсальность и сложность конструкции режущей части.

В предлагаемом изобретении червячных инструментов указанные недостатки устранены путем замены их рабочей части пружинами, на которые нанесены абразивные покрытия, или на них нанизаны неперетачиваемые сменные режущие (или деформирующие) пластины или клиновые вставки, удерживающие между собой указанные пластины или деформирующие шарики.

На фиг. 1a показан червячный инструмент, имеющий цилиндрическую оправку 1, на которой установлен корпус 2, состоящий из левой и правой частей, разделенных дистанционным кольцом 3, а рабочая часть выполнена из двух проволочных пружин 4, концы которых с одной стороны выполнены радиально отогнутыми относительно осевой линии пружин и закреплены у торцов обеих частей корпуса в отверстиях 5 и своими выступающими участками введены в шпоночный паз 6 оправки. На пружинах по боковым сторонам 7 вдоль линии станочного зацепления инструмента с эвольвентным профилем зубьев обрабатываемого изделия нанесен слой абразивного материала (например, синтетических алмазов). Этот слой может быть нанесен как на одну профилирующую сторону пружины (вариант 1), так и на обе (вариант 2), что делает взаимозаменяемыми правую и левую пружины после износа абразивного материала на одной ее стороне. У черновых инструментов абразивное покрытие наносится на всю наружную поверхность пружин, а у чистовых (для исключения задевания впадин зубьев обрабатываемого колеса) по наружной поверхности пружин может быть выполнена лыска либо уменьшен диаметр проволоки до величины, меньшей радиуса cкругления ножки зуба колеса.

На фиг. 1b показано новое исполнение инструмента, отличающееся от предыдущего тем, что и левая, и правая части корпуса выполнены из двух пар колец 8 (вариант 1) или 9 (вариант 2) (что обеспечивает возможность регулировки шага витков пружин 4 в зависимости от количества зубьев обрабатываемого изделия), а оба конца пружин для повышения концентричности их установки на указанных кольцах отогнуты радиально к осевой линии с противоположных сторон и снабжены упирающимися в буртики 10 шайбами 11 (толщина которых предварительно подобрана для обеспечения требуемой высоты установки пружин) и имеют резьбу 12 для зажима пружин гайками 13, которые в свою очередь введены в два шпоночных паза 6 (вариант 1). Для дальнейшего повышения концентричности в кольца 9 по витку пружин введены дополнительные регулируемые опоры 14 с гайками 15, при этом резьба 12 и гайки 13, а также второй шпоночный паз и второй выступающий конец пружины исключены (вариант 2), что обеспечивает свободу перемещения витков пружины, например при тепловом ее удлинении в процессе обработки зубчатых изделий. Для фиксации требуемого шага пружин оправка с одной стороны имеет буртик, а с другой - резьбу и снабжена гайками, одна из которых контрящая.

На фиг. 1c показано новое исполнение инструмента, отличающееся от предыдущего тем, что для повышения концентричности установки пружин крайние кольца выполнены в виде пробок 16 (вариант 1) или 17 (вариант 2), а один отогнутый конец у пружин исключен. Для упрощения крепления и базирования пружин в оправке шпоночные пазы 18 и 19 имеют радиальную боковую сторону 20, а на оставшихся отогнутых концах пружин выполнены радиальные лыски 21, по которым их крепят к стороне 20 клиньями 22.

Для обеспечения возможности электрохимической или электроэрозионной обработки кольца и концы пружин изолированы от оправки с помощью прокладок, а их торцы 23 служат токоприемными элементами (вариант 2). Абразивное покрытие пружин при этом может быть исключено.

На фиг. 2a показано новое исполнение инструмента, имеющего оправку 1, на которой установлены правая и левая части корпуса 2, разделенные дистанционным кольцом 3, отличающееся от предыдущих тем, что для повышения жесткости пружин в радиальном направлении они выполнены из одновитковых плоских колец 4 с разрезами 5 и соединены в местах разрезов встык с помощью штырей 6 и 7 (из которых одна пара удлинена для введения в шлицевый паз 9), имеющих прорези 8, при этом прорези на крайних штырях корпуса выполнены глухими (вариант 1). Абразивный слой 10, нанесенный на боковые стороны пружин по линии станочного зацепления, в местах их стыковки может быть исключен для компенсации возникающих на стыках погрешностей, а для повышения жесткости основания пружины могут быть введены в канавку 11 на корпусе, при этом витки могут быть предварительно соединены в шахматном порядке внакладку из двух более тонких пружин 12 и 13 (вариант 2) либо иметь накладки только у стыков.

На фиг. 2b показано новое исполнение инструмента, отличающееся от предыдущего тем, что для обеспечения возможности регулировки шага пружин обе части корпуса выполнены в виде пар крайних колец 14 со штырями 15 и 16 для закрепления пружин 17 и ряда промежуточных колец 18 с выемками 19, куда введены выступы 20 на основаниях пружин (вариант 1), а для исключения стыков - плоские пружины выполнены одновитковыми с шагом t, обеспечивающим полное перекрытие зоны профилирования боковой стороны зубьев обрабатываемого изделия, при этом их количество равно количеству заходов инструмента, необходимых для формирования шага t шагом t_o = πm, где m - модуль зубьев изделия. Для упрощения конструкции инструмента крайние кольца со штырями выполнены в виде пробок 21, а при достаточной жесткости пружин - промежуточные опорные кольца и выступы могут быть исключены (вариант 2).

На фиг. 2c показано новое исполнение инструмента, отличающееся от предыдущего тем, что для уменьшения длины профилирующей зоны обе части корпуса 22 с закрепленными на них плоскими одновитковыми пружинами 23 выполнены коническими под углом α (вариант 1) при адекватном увеличении угла профиля витков.

Для упрощения конструкции инструмента корпус может быть заменен косыми рейками 24, введенными в шпоночные пазы. Конусное исполнение инструментов (так же как электроэрозионное) возможно для всех предыдущих вариантов. Для абразивных инструментов точечное профилирование облегчает нанесение рабочего слоя, что сокращает расход материалов и другие затраты на их производство.

На фиг. 3a показано новое исполнение инструмента, имеющего оправку 1, на которой установлены кольца 2 (вариант 1) или 3 (вариант 2), разделенные между собой дистанционным кольцом 4, отличающееся от предыдущих тем, что его рабочая часть выполнена лезвийной (инструмент является шевером). Для этого на пружины 5 нанизаны круглые (или треугольные, или квадратные, или пятиугольные, или шестиугольные и т.д.) сменные неперетачиваемые режущие пластины 6, например из твердого сплава или других инструментальных материалов, чередующиеся с клиновыми прокладками 7 (для чего у последних выполнены отверстия, соответствующие проволоке пружины). Для крепления пружинной режущей части на кольцах 2 или 3 корпуса выполнены штыри 8 и 10, из которых одна пара введена в шпоночный паз 9, а зажим пластин и прокладок выполнен гайками 11 на резьбовых концах пружин, введенных в отверстия штырей. Для повышения концентричности режущей части относительно колец корпуса вместо некоторых пластин могут быть введены промежуточные опорные стержни 12 (вариант 2).

На фиг. 3b показано новое исполнение инструмента, отличающееся от предыдущего тем, что пластины, у которых выполнение отверстия затруднено, заменены пластинами 13 с выступами на основаниях, а клиновые прокладки 14 удлинены для выполнения на их основаниях отверстий под пружину 15 (вариант 1). Для повышения устойчивости клиновых прокладок предложено применение двух пружин 16, которые могут иметь резьбу и гайку только на одном конце, а другой их конец 17 выполнен отогнутым (вариант 2). Размещение таких пружин возможно во встречном порядке. Удлинение прокладок целесообразно до контакта с кольцами, что повышает жесткость инструмента.

На фиг. 3c показано новое исполнение инструмента, отличающееся от предыдущего тем, что режущие пластины заменены деформирующими, например шариками 18, установленными между опорами 19 с T-образным основанием (промежуточный корпус между оправкой и опорами может быть исключен). При этом крепежная пружина 20 размещена снаружи между соседними опорами и охватывает их основания, для чего на пружине выполнены лыски 21, а на основаниях опор - адекватные их профилю впадины (вариант 1). Зажим опор в витке выполнен аналогично предыдущим вариантам с помощью гаек 22 на резьбовых концах пружин и пластин 23, которые введены в шпоночный паз 9 для закрепления деформирующей части на оправке (при этом вторая пластина может не входить в паз). Для обеспечения возможности регулировки шага витков между основаниями соседних опор 24 выполнен зазор, а для крепления опор пружины 25 охватывают каждую из них с двух сторон (вариант 2), что позволяет вместо двух пружин применить одну с половинным шагом витков t_п = 0,5 πm, где m - модуль зубьев изделия, при ширине опорных элементов S = t_п - d_п, где d_п - диаметр проволоки пружины. Деформирующие шарики могут быть заменены дисковыми или сферическими или коническими или другими пластинами, установленными между опор в радиальном или тангенциальном направлениях (в первом случае количество пластин может быть увеличено, что позволяет уменьшить удельную нагрузку на каждую их них). Данные исполнения возможны и для режущих пластин.

Предлагаемые червячные инструменты исключают потребность в формировании профиля витков на непрофилирующих участках, что повышает их точность и экономичность, при этом их можно изготовить в любом (не только в инструментальном) производстве.

Пример конкретного исполнения предлагаемых инструментов разработан на базе варианта 1c для электроэрозионной чистовой обработки зубчатых колес модуля m = 5,5 мм с числом зубьев z = 51. Разработанный инструмент имеет делительный диаметр пружины 136 мм, диаметр проволоки 4,0 мм, шаг по нормали к витку 16,676 мм, высоту витка 15 мм, диаметр оправки 60 мм, число витков по 4 с каждой стороны, что обеспечивает полное профилирование зубьев обрабатываемого зубчатого колеса при соблюдении всех преимуществ предлагаемого варианта обработки.

Совокупность признаков приведенных исполнений инструментов соответствует критерию "техническое решение". Данные исполнения не известны из базового уровня техники, что соответствует критерию "новизна", и не вытекают из него автоматически, т. к. явным образом их нельзя получить из известных решений, что соответствует критерию неочевидности. Реализация их возможна в условиях реального производства, поскольку отличия от базового исполнения заключаются лишь в замене их рабочей части пружинами, на которые нанесены абразивные покрытия, или на них нанизаны неперетачиваемые сменные режущие или деформирующие пластины или клиновые вставки, удерживающие между собой эти пластины, а также в их закреплении, что соответствует критерию промышленной применимости. При этом обеспечен положительный эффект за счет повышения технико-экономических показателей изготовления и эксплуатации зуборезных инструментов и обрабатываемых ими зубчатых изделий. Следовательно, предлагаемые технические решения обладают всеми признаками изобретений, последовательно развивающих друг друга.

Экономический эффект от применения предлагаемых изобретений заключается в повышении стойкости, точности и других технико-экономических характеристик изготовления и эксплуатации инструментов. При этом уменьшение затрат на изготовление за счет многократного применения корпуса составляет до 80% по сравнению с исходными инструментами, что при их средней стоимости от 200 до 500 долларов США составляет от 160 до 400 $ на каждый инструмент.

При годовой потребности в подобных инструментах до 5 тыс. штук, годовой экономический эффект только у производителя инструментов составит от 0,8 до 2 млн. $, что подтверждает целесообразность их широкого применения. Учитывая, что точность и качество зубообработки при этом повышаются, а эксплуатационные затраты снижаются, следовательно, полный экономический эффект значительно превышает приведенный как у производителей зубчатых колес, так и у потребителей их продукции.

В настоящее время разработана экспериментальная конструкция инструмента, которая должна быть изготовлена и апробирована в 1998 году на АО "Херсонские комбайны".

Совокупность приведенных данных подтверждает целесообразность широкого применения предлагаемых инструментов.

Формула изобретения

1. Червячный инструмент для точечной обработки эвольвентных зубчатых изделий, содержащий рабочую часть и корпус, состоящий из левой и правой частей, установленных на оправке и разделенных дистанционным кольцом, отличающийся тем, что он снабжен пружинами, размещенными на рабочей части, закрепленными на указанных частях корпуса и предназначенными для нанесения или закрепления рабочих элементов.

2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что боковые стороны витков указанных пружин расположены по линиям станочного зацепления инструмента с эвольвентным профилем обрабатываемого изделия, при этом рабочие элементы выполнены в виде слоя абразивного материала, нанесенного на витки пружин, или в виде закрепленных на витках пружин сменных неперетачиваемых режущих пластин, или в виде закрепленных на витках пружин сменных деформирующих пластин.

3. Инструмент по п.2, отличающийся тем, что слой абразивного материала нанесен на обе профилирующие стороны пружин, а форма и элементы крепления пружин выполнены с возможностью их взаимозаменяемости на правой и левой частях корпуса.

4. Инструмент по п.2 или 3, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными регулируемыми опорами, размещенными на упомянутых частях корпуса по винтовой линии пружин.

5. Инструмент по п.2 или 3, отличающийся тем, что он снабжен штырями с разрезами, установленными по винтовой линии пружин на правой и левой частях корпуса, при этом упомянутые пружины выполнены из одновитковых плоских колец, соединенных встык в упомянутых разрезах штырей.

6. Инструмент по п.5, отличающийся тем, что основания пружин введены в винтовые канавки, выполненные на правой и левой частях корпуса.

7. Инструмент по п.5 или 6, отличающийся тем, что пружины скреплены в шахматном порядке внакладку из более тонких пружин или имеют накладки только у стыков.

8. Инструмент по любому из пп.5-7, отличающийся тем, что рабочая часть выполнена из одновитковых плоских пружин, шаг витка которых перекрывает длину линии зацепления, а их количество выбрано с возможностью обеспечения полного профилирования боковой стороны зубьев обрабатываемого колеса при адекватном увеличении количества заходов инструмента.

9. Инструмент по любому из пп.2-8, отличающийся тем, что левая и правая части корпуса выполнены из двух пар колец, на которых закреплены концы пружин.

10. Инструмент по любому из пп.2-8, отличающийся тем, что и левая, и правая части корпуса выполнены в виде кольца и пробки, крепление которых выполнено с возможностью поворота концов пружин от теплового удлинения.

11. Инструмент по любому из пп.2-10, отличающийся тем, что пружины выполнены коническими под углом, адекватным углу профиля витков.

12. Инструмент по любому из пп.2-11, отличающийся тем, что он снабжен рейками, введенными в шпоночные пазы, выполненные на оправке или на левой и правой частях корпуса, при этом пружины закреплены на указанных рейках.

13. Инструмент по любому из пп. 2-4, 9-11, отличающийся тем, что он снабжен клиновыми прокладками, имеющими отверстия, соответствующие проволоке пружин, и установленными на указанных пружинах поочередно со сменными неперетачиваемыми режущими пластинами или деформирующими пластинами.

14. Инструмент по п.13, отличающийся тем, что он снабжен по меньшей мере одним промежуточным опорным стержнем, расположенным между указанными клиновыми прокладками.

15. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что рабочие элементы выполнены в виде закрепленных с помощью крепежных пружин сменных режущих пластин, имеющих выступы вдоль оси к основаниям, или деформирующих пластин, имеющих выступы вдоль оси к основаниям, или деформирующих шариков.

16. Инструмент по п. 15, отличающийся тем, что он снабжен удлиненными клиновыми прокладками, между которыми установлены режущие или деформирующие пластины, имеющие выступы вдоль оси к основаниям, при этом упомянутые клиновые прокладки имеют в основаниях отверстия, в которые введена крепежная пружина.

17. Инструмент по п.16, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной крепежной пружиной, размещенной в дополнительных отверстиях, выполненных в основаниях удлиненных клиновых прокладок.

18. Инструмент по п.15, отличающийся тем, что он снабжен клиновыми опорами с Т-образным основанием, между которыми размещены режущие или деформирующие пластины или шарики, при этом указанные клиновые опоры установлены на оправке и закреплены указанной крепежной пружиной, введенной между ними снаружи с охватом оснований двух соседних опор, причем на крепежной пружине выполнены лыски, а на основаниях опор - адекватные профилю последних впадины.

19. Инструмент по п. 18, отличающийся тем, что деформирующие пластины выполнены в виде дисков, установленных между указанных клиновых опор в радиальном или тангенциальном направлении.

20. Инструмент по п.18 или 19, отличающийся тем, что между основаниями клиновых опор выполнен зазор, а крепежная пружина охватывает каждую опору с двух сторон.

21. Инструмент по любому из пп.15-20, отличающийся тем, что крепежные пружины имеют на одном конце резьбу с гайкой, а другой их конец выполнен отогнутым.

22. Инструмент по любому из пп.1-21, отличающийся тем, что для обеспечения электрохимической или электроэрозионной обработки указанные части корпуса выполнены в виде токоприемных элементов, при этом каждая из них изолирована от оправки вместе с элементами крепления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3