Способ электроэрозионной обработки зубчатых изделий

 

Изобретение предназначено для изготовления с помощью проволочного электрода-инструмента (ЭИ) цилиндрических эвольвентных зубчатых изделий (ЗИ) заданной степени точности с наружными зубчатыми венцами (ЗВ). При формообразовании боковых поверхностей зубьев задают определенную последовательность координатных перемещений траектории проволочного ЭИ от управляющей программы при работе линейного интерполятора. При этом обеспечивают неизменность значений погрешности аппроксимации, не превышающей допустимой на любом из элементарных участков аппроксимации торцового эвольвентного профиля. Шаг между формообразующими точками торцового эвольвентного профиля по длине его дуги от ножки зуба к его вершине должен быть переменным и изменяться по установленному закону. На формообразование отдельно взятых боковых поверхностей потребуется меньшее число опорных точек траектории проволочного ЭИ, что позволяет сократить объем электроэрозионного зубовырезания в целом и длину траектории, а в итоге уменьшить себестоимость ЭЭО обработки ЗИ. 2 ил.

Изобретение относится к области машино-, приборостроения, в частности к электроэрозионной обработке (ЭЭО) сложнопрофильных изделий из токопроводящих материалов проволочным электродом-инструментом (ЭИ) на станках с ЧПУ, и может быть использовано при изготовлении цилиндрических эвольвентных зубчатых изделий (ЗИ) заданной степени точности с наружными зубчатыми венцами (ЗВ) (зубчатых колес (ЗК), зубчатых секторов (ЗС), зубчатых пуансонов (ЗП)).

Известен способ ЭЭО ЗИ, в котором ЗВ эвольвентного ЗИ формируется на электроэрозионном вырезном станке с ЧПУ за счет согласованных (подчиненных законам описания эквидистант эвольвентных боковых поверхностей, поверхностей вершин и впадин между зубьями) позиционных (координатных) перемещений проволочного ЭИ в осях Х и Y (обработка по контуру) по траектории, задаваемой от управляющей программы (УП).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе на формообразование торцовых эвольвентных профилей боковых поверхностей зубьев в УП, без учета заданной степени точности ЗИ, задается существенно завышенное (с необоснованно большим запасом) в сравнении с необходимым числом n₁ опорных точек траектории перемещения проволочного ЭИ. Это приводит: - к существенному увеличению объема УП, а следовательно, возникновению вероятности ее сбоев при отработке в устройстве ЧПУ, росту финансовых затрат на программоноситель (перфоленту) и затрат времени на технологическую подготовку операции ЭЭО зубьев; - увеличению длины траектории перемещений проволочного ЭИ, а следовательно, времени То ЭЭО, что в целом значительно снижает производительность и повышает себестоимость обработки.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является способ ЭЭО ЗИ, в котором ЗВ эвольвентного ЗИ заданной степени точности формируется на электроэрозионном вырезном станке с ЧПУ за счет согласованных (подчиненных законам описания эквидистант эвольвентных боковых поверхностей, поверхностей вершин и впадин между зубьями) позиционных (координатных) перемещений проволочного ЭИ в осях Х и Y (обработка по контуру) по траектории, задаваемой от УП (см. Худобин Л.В., Рязанов С. И. , Кравченко Д.В. Точность формы эвольвентных боковых поверхностей зуба, обеспечиваемая электроэрозионным вырезанием на станках с ЧПУ // Вестник машиностроения. 1998. 10. С.32-36), принятый за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что для электроэрозионного формообразования боковых поверхностей зубьев эвольвентного ЗИ заданной степени точности от УП в устройстве ЧПУ при работе линейного интерполятора задается такая траектория координатных перемещений проволочного ЭИ, при которой обеспечивается неизменность шага nl_л (nl_л= const) между формообразующими точками торцового эвольвентного профиля nl_{л 1}=nl_{л 2}=...=nl_{л N-1}=nl_{л N} по длине L_Э его дуги. С одной стороны, это позволяет обеспечить одинаковые технологические условия протекания процесса электроэрозионного формообразования элементарных участков торцового эвольвентного профиля боковой поверхности зуба ЗИ, представляющего собой ломаную (линейный сплайн), а с другой стороны, приводит к непостоянству погрешности аппроксимации Δ_{а л} (Δ_{a л} = var) по длине L_Э дуги торцового эвольвентного профиля. Если на первом участке аппроксимации (у ножки зуба) Δ_{a л} = Δ^доп_a, где Δ^доп_a - допустимая погрешность аппроксимации, зависящая от величины допуска f_f на погрешность торцового эвольвентного профиля зуба ЗИ заданной степени точности: Δ^доп_a = (0,4-0,95)•f_f, то на последующих участках в сторону к вершине зуба значения Δ_ал становятся существенно меньшими Расхождение между значениями погрешностей аппроксимации Δ_{a л 1} на первом (у ножки зуба) и Δ_{а л N} последнем (у вершины зуба) участках составляет примерно 86%.

Таким образом, при nl_л= const число N₁ опорных точек траектории перемещения проволочного ЭИ на электроэрозионное формообразование торцовых эвольвентных профилей боковых поверхностей зубьев ЗИ, рассчитываемое по зависимости N₁=(L_э/nl_л)+1, не будет соответствовать оптимальному (будет завышено). Это в свою очередь приводит к нежелательному увеличению объема УП, а следовательно, затрат времени на технологическую подготовку операции ЭЭО зубьев; длины траектории перемещения проволочного ЭИ, а следовательно, времени То ЭЭО, что в целом не позволяет обеспечить оптимальные: максимальную производительность и минимальную себестоимость обработки.

Сущность изобретения заключается в решении задачи по разработке такого варианта электроэрозионного формообразования боковых поверхностей зубьев эвольвентных ЗИ заданной степени точности, при котором N₁ будет наиболее близко к оптимальному, что обеспечит максимальную производительность и минимальную себестоимость зубовырезания при прочих равных условиях.

Технический результат - повышение производительности и уменьшение себестоимости ЭЭО ЗИ заданной степени точности.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе ЭЭО ЗИ ЗВ эвольвентного ЗИ заданной степени точности формируется на электроэрозионном вырезном станке с ЧПУ за счет согласованных (подчиненных законам описания эквидистант эвольвентных боковых поверхностей, поверхностей вершин и впадин между зубьями) позиционных (координатных) перемещений проволочного ЭИ в осях Х и Y (обработка по контуру) по траектории, задаваемой от УП.

Особенность заявляемого способа заключается в том, что с целью повышения производительности и уменьшения себестоимости ЭЭО ЗИ 11 (фиг.1) заданной степени точности за счет оптимизации числа N₁ опорных точек 9 траектории 7 для электроэрозионного формообразования боковых поверхностей зубьев ЗВ 10 от УП в устройстве ЧПУ при работе линейного интерполятора задается такая траектория 7 координатных перемещений (Х^T _N У^T _N) проволочного ЭИ 2 от одной опорной точки 9 к другой, при которой обеспечивается неизменность значений погрешности аппроксимации Δ_{а л} (Δ_{а л} = const), при условии, что Δ_{a л} = Δ^доп_a на любом из элементарных участков 8 аппроксимации торцового эвольвентного профиля 6 (Δ_{a л 1}= Δ_{а л 2}= ... = Δ_{а л N-1} = Δ_{а л N}), для этого шаг nl_л между формообразующими точками 12 торцового эвольвентного профиля 6 по длине L_Э его дуги от ножки зуба к его вершине должен быть переменным (nl_л=var): nl_{л 1}<nl ₂<. . . <nl _N-1<nl _N и изменяться независимо от геометрии ЗИ 11( модуля m, числа зубьев z, угла профиля α и др.), по закону nl_{л 2}= 1,428•nl_{л 1}; nl_{л 3}= 1,686•nl_{л 1}; nl_{л 4}= 1,882•nl_{л 1}; nl_{л 5}= 2,043•nl_{л 1}; nl_{л 6}= 2,183•nl_{л 1}; nl_{л 7}= 2,307•nl_{л 1}; nl_{л 8}= 2,418•nl_{л 1}; nl_{л 9} = 2,521•nl_{л 1}; nl_{л 10}= 2,615•nl_{л 1}; nl_{л 11}= 2,703•nl_{л 1}; nl_{л 12}= 2,786•nl_{л 1}; nl₁₃=2,864•nl_{л 1}; nl_{л 14}=2,938•nl_{л 1}, где значение nl_{л 1} должно удовлетворять условию (Δ_{a л 1}= Δ^доп_a, при этом число шагов nl_л до четырнадцати, а соответственно, число N₁ опорных точек 9 траектории 7 перемещения проволочного ЭИ 2 на электроэрозионное формообразование торцовых эвольвентных профилей 6 боковых поверхностей зубьев до пятнадцати достаточно для ЭЭО ЗВ 10 ЗИ 11 от пятой до восьмой степени точности включительно.

По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого изобретения, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

По мнению авторов, сущность заявляемого изобретения не следует для специалиста главным образом из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый технический результат - новое свойство объекта - совокупность признаков, которые отличают от прототипа заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

На чертежах представлено: - на фиг.1 - технологический эскиз фрагмента программной ЭЭО заготовки 3 ЗИ 11, закрепленной прихватами 4 на столе 5 электроэрозионного вырезного станка, проволочным ЭИ 2, закрепленным в инструментальной скобе 1, по предлагаемому способу; - на фиг. 2 - алгоритм расчета координат (Х^T _N, y^t _N) и числа N₁ опорных точек 9 траектории 7 перемещения проволочного ЭИ 2 при электроэрозионном формообразовании торцовых эвольвентных профилей 6 боковых поверхностей зубьев ЗИ 11 заданной степени точности по предлагаемому способу.

Предлагаемый способ ЭЭО ЗИ может быть реализован на базе любого из электроэрозионных вырезных станков с контурной системой ЧПУ при работе линейного интерполятора (СВЭИ-2, СВЭИ-7, 4532ФЗ, AGIECUT 200, ROBOFIL 4020 и пр.) следующим образом: - заготовка 3 ЗИ 11 (фиг.1), изготовленная с точностью, удовлетворяющей заданной степени точности ЗИ в виде пластины с предварительно обработанными поверхностями и посадочным отверстием диаметром d_по, устанавливается на столе 5 электроэрозионного вырезного станка и закрепляется прихватами 4; - в посадочное отверстие диаметром d_по вводится проволочный ЭИ 2, закрепленный в направляющих инструментальной скобы 1, и осуществляется автоматический вывод его в исходную точку, совпадающую с центром посадочного отверстия, по программе "Поиск центра" в устройстве ЧПУ; - из исходной точки ЭИ 2 выводится в точку с координатами (0; L+2), тем самым обеспечивается его положение за пределами заготовки, где L в мм;
- после погружения заготовки 3 в ванну с рабочей жидкостью и установления необходимых режимов обработки от генератора импульсов, механизмов перемотки и натяжения проволочного ЭИ 2, от УП в направлении, обозначенном стрелками, задаются согласованные (подчиненные законам описания эквидистант эвольвентных боковых поверхностей, поверхностей вершин и впадин между зубьями) позиционные (координатные) перемещения проволочного ЭИ 2 на формообразование ЗВ 10 ЗИ 11 заданной степени точности. Координаты (X^T _N; Y^T _N) траектории 7 проволочного ЭИ 2 на формообразование боковых поверхностей зубьев ЗВ 10 рассчитываются в соответствии с предлагаемым алгоритмом на фиг.2. Это позволяет реализовать вариант формообразования, при котором обеспечивается неизменность значений погрешности аппроксимации Δ_{а л}(Δ_{а л}= const), при условии Δ_{a л} = Δ^доп_a, на любом из элементарных участков 8 аппроксимации торцового эвольвентного профиля 6 (Δ_{a л 1}= Δ_{a л 2}= ... = Δ_{а л N-1} = Δ_{а л N}) боковой поверхности зуба ЗИ 11.

Результатами проведенных исследований установлено, что при прочих равных условиях в сравнении с прототипом на формообразование отдельно взятых боковых поверхностей зубьев в предлагаемом способе потребуется в 1,6 раза меньшее число n₁ опорных точек 9 траектории 7 проволочного ЭИ 2, что позволяет сократить объем УП электроэрозионного зубовырезания в 1,4 раза и длину траектории на (0,57-4,12) %, а в итоге уменьшить себестоимость ЭЭО ЗИ на (0,60-4,82) % для ЗИ восьмой степени точности с m=(1,5-4,5) мм, z=20-80 и шириной ЗВ b=(2-6) мм.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого способа следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленный способ при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно машино-, приборостроении при ЭЭО сложнопрофильных изделий из токопроводящих материалов проволочным ЭИ на станках с ЧПУ, а именно цилиндрических эвольвентных ЗИ с наружными ЗВ (ЗК, ЗС, ЗП);
- для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до приоритета средств и методов. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Формула изобретения

Способ электроэрозионной обработки (ЭЭО) зубчатых изделий (ЗИ), в котором зубчатый венец (ЗВ) эвольвентного ЗИ заданной степени точности формируют на электроэрозионном вырезном станке с ЧПУ за счет согласованных координатных перемещений проволочного электрода-инструмента (ЭИ) в осях Х и Y по траектории, задаваемой от управляющей программы (УП), отличающийся тем, что от УП в устройстве ЧПУ при работе линейного интерполятора для электроэрозионного формообразования боковых поверхностей зубьев 3В задают такую траекторию координатных перемещений (Х_N ^т; Y_N ^т) проволочного ЭИ от одной опорной точки к другой, при которой обеспечивают неизменность значений действительной погрешности аппроксимации Δ_{a л}, при условии Δ_{a л} = Δ^доп_a(Δ^доп_a - допустимая погрешность аппроксимации), на любом из элементарных участков аппроксимации торцового эвольвентного профиля, для этого шаг n1_л между формообразующими точками торцового эвольвентного профиля по длине L_э его дуги от ножки зуба к его вершине обеспечивают переменным n1_{л 1} < n1_{л 2} < . . . < n1_{л N-1} < n1_{л N} и изменяют, независимо от геометрии ЗИ (модуля m, числа зубьев z, угла профиля α и др.) по закону
n1_{л 2}= 1,428•n1_{л 1}; n1_{л 3}= 1,686•n1_{л 1}; n1_{л 4}= 1,882•n1_{л 1}; n1_{л 5}= 2,043•n1_{л 1}; n1_{л 6}=2,183•n1_{л 1}; n1_{л 7}=2,307•n1_{л 1}; n1_{л 8}=2,418•n1_{л 1}; n1_{л 9}= 2,521•n1_{л 1}; n1_{л 10}= 2,615•n1_{л 1}; n1_{л 11}=2,703•n1_{л 1}; n1_{л 12}=2,786•n1_{л 1}; n1_{л 13}=2,864•n1_{л 1}; n1_{л 14}=2,938•n1_{л 1},
где значение n1_{л 1} удовлетворяет Δ_{a л 1} = Δ^доп_a, при этом число шагов n1_л до четырнадцати, а соответственно число N₁ опорных точек траектории перемещения проволочного ЭИ на электроэрозионное формообразование торцовых эвольвентных профилей боковых поверхностей зубьев до пятнадцати достаточно для ЭЭО ЗВ ЗИ с модулем m < 4,5 мм от пятой до восьмой степени точности включительно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3