Способ обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями

 

Изобретение относится к металлообработке, производству цилиндрических зубчатых колес с круговыми зубьями. Способ включает обработку в условиях обката при прямом и обратном ходе различных впадин зубьев шлифовальным инструментом, установленным на инструментальном шпинделе, ось которого перпендикулярна направлению обката. Для снижения теплонапряженности процесса обработки и улучшения подвода охлаждающей жидкости путем прерывания зоны контакта шлифовального инструмента и боковой поверхности кругового зуба колеса за счет изменения высоты наружной и внутренней производящих поверхностей шлифовального инструмента за один его оборот шлифовальный инструмент повернут вокруг точки пересечения его оси с осью вращения инструментального шпинделя, расположенной в плоскости средней линии зуба исходной рейки на угол, определяемый по приведенной формуле. В результате гарантируется бесприжоговая обработка поверхности зубьев и повышается точность зубообработки. Вследствие этого появляется возможность интенсификации процесса обработки. 5 ил.

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано в производстве цилиндрических зубчатых колес с круговыми зубьями.

Известен способ шлифования круговых зубьев колес чашечным цилиндрическим кругом [1], при котором, как и при нарезании круговых зубьев, осуществляются следующие движения: вращение шлифовального круга, являющееся главным движением, и обкат, сообщаемый заготовке. Преимуществом этого способа является сравнительная простота движений, а следовательно, и простота конструкции станка.

Однако способ имеет и существенный недостаток. При шлифовании широковенцовых колес увеличивается зона контакта круга с заготовкой, возрастает сила резания и ухудшаются условия подвода охлаждающей жидкости в зону резания. В результате возникают прижоги и трещины на поверхности зубьев, а также снижается точность зубообработки. Вследствие этого приходится снижать интенсивность процесса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями шлифовальным инструментом, спрофилированным на базе исходной рейки, который реализуют в условиях обката, где при прямом и обратном ходе обрабатывают различные впадины зубьев колес [2]. Во время обработки в зацепление с инструментом дополнительно вводят вторую заготовку, ось которой параллельна оси первой заготовки, а расстояние между осями заготовок равно номинальному диаметру инструмента. При прямом ходе заготовок обрабатывают впадину первой заготовки, а при обратном - впадину второй заготовки. В случае двусторонней обработки профиля впадины зуба в конце прямого и обратного ходов заготовок инструмент поворачивают вокруг оси, проходящей через точку пересечения осей вращения инструмента и боковой поверхности зуба исходной рейки, и расположенной перпендикулярно этим осям.

Недостатком этого способа является значительная сложность движений, а следовательно, сложность конструкции станка и сложность настройки. Кроме того, при шлифовании широковенцовых колес из легированных, трудношлифуемых сталей и сплавов увеличивается зона контакта круга с заготовкой, возрастает сила резания и ухудшаются условия подвода охлаждающей жидкости в зону резания. В результате возникают внутренние растягивающие напряжения, приводящие к прижогам и трещинам на поверхности зубьев, а также снижается точность зубообработки. Вследствие этого приходится снижать интенсивность процесса.

Задачей изобретения является повышение производительности зубошлифования и предотвращения прижогов путем использования "бегущей" вдоль оси инструмента зоны резания, т. е. изменения высоты боковой поверхности зуба исходной рейки за оборот инструмента.

Поставленная задача решается предлагаемым способом обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями шлифовальным инструментом, спрофилированным на базе исходной рейки, в условиях обката, при котором при прямом и обратном ходах обрабатывают различные впадины зубьев колес, инструментом, повернутым на инструментальном шпинделе вокруг точки пересечения оси вращения шпинделя, которая перпендикулярна направлению обката, с осью инструмента и расположена в плоскости средней линии зуба исходной рейки на угол ϕ , который обеспечивает прерывание зоны контакта инструмента и боковой поверхности кругового зуба колеса за счет изменения высоты наружной и внутренней производящих поверхностей инструмента за один его оборот, при этом угол ϕ должен быть не более величины, определяемой из формулы ϕ ≅ arctg(3m/2D), где m - модуль обрабатываемого колеса; D - номинальный диаметр инструмента.

На фиг. 1 показана схема обработки шлифованием круговых зубьев чашечным цилиндрическим кругом, установленным под углом ϕ относительно оси шпинделя инструмента; на фиг. 2 - положение шлифовального круга, повернутого на 180^o относительно положения, показанного на фиг. 1; на фиг. 3 - изменение высоты наружной и внутренней производящих поверхностей инструмента за один его оборот; на фиг. 4 - схема двусторонней обработки шлифованием круговых зубьев чашечным цилиндрическим кругом, установленным под углом ϕ относительно оси шпинделя инструмента; на фиг. 5 - положение шлифовального круга, повернутого на 180^o относительно положения, показанного на фиг. 4, при обработке шлифованием круговых зубьев двух заготовок чашечным цилиндрическим кругом.

Обработку цилиндрических колес с круговыми зубьями по предлагаемому способу осуществляют инструментом, выполненным, например, в виде чашечного цилиндрического шлифовального круга 1, ось O₁ вращения которого со скоростью ω перпендикулярна направлению обката заготовки 2 (фиг. 1 и 2) и в случае двусторонней обработки двух заготовок 2 и 3 (фиг. 4 и 5). При этом для предотвращения прижогов на рабочих поверхностях зубьев зону контакта инструмента 1 с заготовкой 2 плавно прерывают путем установки чашечного цилиндрического шлифовального круга 1 с осью O₂ под углом ϕ к оси O₁. Причем инструмент поворачивают на инструментальном шпинделе вокруг точки О пересечения оси вращения шпинделя O₁, которая перпендикулярна направлению обката, с осью O₂ инструмента и расположена в плоскости средней линии зуба исходной рейки на угол ϕ. Круг профилируют, как при традиционном способе зубошлифования круговых зубьев колес чашечным цилиндрическим кругом на базе исходной рейки в условиях обката [1].

Благодаря такой установке круга его наружная H и внутренняя B производящие поверхности изменяются по высоте за оборот инструмента (фиг. 3). За каждый угол, например, π/4 поворота главного движения инструмента относительно оси O₁ высоты наружной H и внутренней B производящих поверхностей изменятся на величину, равную - 1/4 (3/2 m), при угле ϕ установки круга, определяемом по формуле: ϕ ≅ arctg(3m/2D), где m - модуль обрабатываемого колеса; D - номинальный диаметр инструмента.

За пол-оборота круга (с положения см. фиг. 1 до положения - фиг. 2) высоты H и B уменьшатся на полную расчетную величину - (3/2 m), произойдет плавное прерывание контакта заготовки с инструментом и зоны резания; за вторые пол-оборота высоты H и B увеличатся на полную расчетную величину (3/2 m) - резание продолжится.

Таким образом, предлагаемый способ обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями позволяет производить шлифование с определенными интервалами, которые снижают температуру в рабочей зоне. Причем продолжительность резания между этими интервалами равно времени разрыва процесса. Тепловое насыщение металла прекращается, и за время разрыва поверхность заготовки охлаждается. Под тепловым насыщением понимается такое состояние поверхности, когда ее температура достигает максимума и сохраняется определенное время. При этом состоянии возможно образование дефектов, ухудшающих эксплуатационные свойства деталей. За счет интервалов разрыва процесса удается заметно снизить температуру в зоне резания и избежать появления дефектов шлифования.

Подобный процесс осуществляют традиционными прерывистыми кругами, состоящими из отдельных сегментов, закрепленных на планшайбе. Однако эти круги имеют существенный недостаток. Обусловленные наличием впадин, резко уменьшаются: виброустойчивость, прочность и площадь рабочей поверхности инструмента, что снижает размерную стойкость инструмента, качество и производительность обработки.

Предлагаемый способ выгодно отличается повышенной виброустойчивостью, благодаря плавному и безударному входу и выходу режущей абразивной поверхности в зону резания, высокой прочностью инструмента в виду отсутствия впадин и выступов на рабочей поверхности, хотя сам процесс прерывистый, что повышает размерную стойкость инструмента, предотвращает поломку и выкрашивание абразива, а снижение температуры в зоне шлифования позволяет повысить интенсивность процесса, производительность и качество обработки.

Пример. Обработка цилиндрических колес с круговыми зубьями по предлагаемому способу осуществлялась на модернизированном зубошлифовальном станке типа "Niles" мод. ZSTZ 315х6C (ГДР). Модернизация заключалась в развороте оси шлифовального шпинделя перпендикулярно направлению обката. Были отшлифованы зубья партии роторов шестеренных насосов Ш20-16 с числом зубьев 12, модулем 6 мм и шириной венца 80 мм. Шлифование проводилось чашечным цилиндрическим абразивным кругом с номинальным ⊘130 мм, установленным на шпинделе под углом ϕ = arc tg (3m/2D) = arc tq (3·6/2·130) = 3^o57'36''.

Характеристика круга: марка абразивного зерна - 24A; зернистость - 40; твердость - C1; структура - 7; связка - бакелитовая. Припуск на зубошлифование на толщину зуба - 0,3 мм; допуск припуска на толщину зуба (в тело) - 0,07 мм. Режимы зубошлифования: подача при обкатке - 0,65 мм/дв.ход; подача на глубину шлифования: предварительная - 0,10 мм/ход; окончательная - 0,02 мм/ход.

Контроль круговых зубьев осуществлялся в среднем сечении колеса на универсальном зубоизмерительном приборе фирмы Zeiss (ГДР), эвольвентомере типа КЭУ и биенемере мод. Б-10М. Точность шлифованных роторов по всем параметрам (отклонение и накопленная погрешность шага, радиальное биение зубчатого венца, колебание длины общей нормали, погрешность профиля зуба) была не ниже 7 степени точности по ГОСТ 1643-81. Расположение пятна контакта проверялось по краске. Оно занимало середину зуба и не выходило на торцы. Длина пятна контакта и приведенные зазоры, замеренные щупом на торце зуба, соответствовали расчетным приведенным зазорам. Применение предлагаемого способа повысило производительность обработки в 1,4 раза, позволило исключить операцию получистового шлифования благодаря улучшению шероховатости на 1-2 класса. При этом расход абразивного инструмента снизился на 25%.

Преимуществом способа обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями чашечным цилиндрическим кругом, установленным под углом, является сравнительная простота движений, а следовательно, простота конструкции станка и простота настройки. При шлифовании широковенцовых колес, с увеличенной зоной контакта круга с заготовкой, зона резания прерывается, возрастает сила резания, но снижается теплонапряженность процесса и улучшаются условия подвода охлаждающей жидкости в зону резания. В результате гарантируется бесприжоговая обработка поверхности зубьев и повышение точности зубообработки. Вследствие этого появляется возможность интенсивности процесса.

Формула изобретения

Способ обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями шлифовальным инструментом, включающий обработку в условиях обката при прямом и обратном ходе различных впадин зубьев шлифовальным инструментом, установленным на инструментальном шпинделе, ось которого перпендикулярна направлению обката, отличающийся тем, что шлифовальный инструмент повернут вокруг точки пересечения его оси с осью вращения инструментального шпинделя, расположенной в плоскости средней линии зуба исходной рейки на угол ϕ для прерывания зоны контакта шлифовального инструмента и боковой поверхности кругового зуба колеса за счет изменения высоты наружной и внутренней производящих поверхностей шлифовального инструмента за один его оборот при этом угол ϕ выбирают по формуле
ϕ ≅ arctg(3m/2D),
где m - модуль обрабатываемого колеса;
D - номинальный диаметр шлифовального инструмента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5