Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса. цепи и задачи исследования 10
1.1. Целесообразность применения зубошлифовальных станков, работающих коническим кругом по способу обкатки 10
1.2. Влияние зубошлифования на эксплуатационные показатели зубчатых колес 16
1.3. Повышение качества обрабатываемого поверхностного слоя металла путем применения кругов из СТМ 25
1.4. Применение кругов из СТМ при зубопшифовании 29
1.5. Точность, обработки зубчатых колес 35
1.6. Выводы и-задачи исследования 38
Глава 2. Эффективность применения инструментов из стм при зубопшифовании 42
2.1. Исследование работоспособности кругов из СТМ при ' зубошлифовании цементированных и закаленных сталей 42
2.2. Выбор и реализация эффективного метода правки конических кругов при зубошлифовании по способу обкатки 52
2.3. Определение расхода СШ при зубошлифовании 57
2.3.1. Прибор для измерения износа конических шлифовальных кругов 57
2.3.2. Расчет расхода СІМ на шлифование и правку при зубошлифовании коническими кругами 58
2.4. Выводы 64
Глава 3. Кинематика процесса зубошлифовании и ее влияние на геометрические параметры сечения среза металла . 66
3.1. Особенности формообразования эвольвентного ' профиля при зубошлифовании коническим кругом поспособу обкатки 66
3.2. Методика аналитического определения геометрических параметров срезов металла, формирующих эволь-вентную поверхность в процессе зубошлифования ... 71
3.3. Анализ влияния геометрических параметров обрабатываемых зубчатых колес и режимов обработки на характер процесса формообразования эвольвентного профиля при зубошлифовании 75
3.4. Выводы 81
Глава 4 Исследование износа профиля шшювалъного круга и его влияния на точность процесса зубошлифовании 88
4.1. Исследование влияния геометрических параметров зубчатых колес и режимов зубошлифования на характер износа профиля шлифовального круга 88
4.1 1. Экспериментальное изучение характера износа кругов при зубошлифовании 84
4.1.2. Определение величины износа круга при зубошлифовании 87
4.2. Влияние систематических функциональных погреш ностей, возникающих при зубошлифовании, на точность обработки зубчатых колес 90
4.2.1. Влияние износа круга на точность обработки зубчатых колес 90
4.2.2. Влияние схемы обработки на точность изготовления зубчатых колес 93
4.2.3. Определение допустимого износа кругов при зубошлифовании 95
4.3. Повышение суммарного времени работы инструмента
при зубошлифовании 98
4.4. Выводы 106
Глава 5. Разработка инструмента с учетом особенностей про а формообразования 108
5.1. Анализ причин, вызывающих необходимость совершенствования геометрических параметров рабочего слоя инструмента 108
5.2. Конструктивные особенности конических кругов и расчет геометрических параметров их рабочего слоя.. 108
5.2.1. Конический шлифовальный круг
5.2.2. Конический шлифовальный круг для чистовой обработки зубчатых колес ИЗ
5.2.3. Конический прерывистый шлифовальный круг для обработки зубчатых колес без правки 121
5.3. Определение длины рабочего слоя кругов при зубо-шлийювании 129
5.4. Выводы 137
Глава 6. Исследование параметров качества поверхностного слоя зжев при шлифовании кругами из КНБ 138
6.1.Остаточные напряжения в поверхностном слое зубьев при шлифовании кругами из С ТЫ 138
6.2. Изучение микроструктуры поверхностного слоя зубьев, обработанных кругами из СІМ, методами металлографии и рентгеноструктурного анализа 145
6.3. Оценка долговечности зубчатых колес и стойкости зуборезного инструмента, обработанных кругами из СТМ и обычного абразива 150
6.4. Результаты опытно-промышленных испытаний и внедре ния процесса зубошлифования кругами из КНБ 152
6.5. Выводы 154
Общие выводы 156
Литература 158
Приложения 171
- Влияние зубошлифования на эксплуатационные показатели зубчатых колес
- Выбор и реализация эффективного метода правки конических кругов при зубошлифовании по способу обкатки
- Методика аналитического определения геометрических параметров срезов металла, формирующих эволь-вентную поверхность в процессе зубошлифования
- Влияние систематических функциональных погреш ностей, возникающих при зубошлифовании, на точность обработки зубчатых колес
Введение к работе
ХХУІ съезд КПСС определил в качестве одной из главных задач П-й пятилетки дальнейшее повышение общественного производства на основе внедрения новейших достижений науки и техники. "Основными направлениями экономического и социального развития СССР на І98І-І985 годы и на период до 1990 года", утвержденными на съезде, предусмотрено организовать в широких масштабах применение сверхтверцых материалов (СИ) при обработке металлов с целью существенного улучшения эксплуатационных свойств изготавливаемых деталей,
В связи с ростом силовых и скоростных характеристик применяемых в настоящее время зубчатых передач и одновременным повышением требований к их надежности увеличивается ежегодный выпуск колес с зубьями повышенной твердости (НЕС 55-62). Для их изготовления используются легированные и высоколегированные стали различных марок, подвергаемые цементации, нитроцементации и другим видам химико-термической обработки с целью увеличения твердости и износостойкости рабочих поверхностей зубьев.
Значительное влияние на эксплуатационные характеристики таких колес оказывает финишная механическая обработка, трудоемкость которой составляет 30-60$ всей трудоемкости механической обработки зубчатых колес /9/. Поэтому совершенствование технологии финишной обработки с целью обеспечения высокой работоспособности зубчатых колес и повышения эффективности их производства актуально и имеет важное значение. В настоящее время разработано и находит применение в промышленности большое число различных методов финишной обработки цилиндрических зубчатых колес, таких
как шлифование, шевингование, хонингование, обкатка, выглаживание. Однако зубошлифование остается одним из основных методов окончательной обработки высокоточных зубчатых колес с зубьями высокой твердости, обеспечивающим требуемые их качественные показатели и эксплуатационные свойства. Этот процесс устраняет не только погрешности предварительной обработки, но и неизбежное коробление при термической обработке, обеспечивает достаточно высокую степень точности /3-6/, необходимую шероховатость поверхности, легко корректирует эвольвенту и направление зуба, благодаря чему повышаются эксплуатационные показатели зубчатых колес.
В то же время производительность зубошлифования является недостаточно высокой и сдерживается из-за возникновения дефектов поверхностного слоя при обработке кругами из обычных абразивов /39/.
Кроме того, ввиду малой производительности зубоїшіифовальшх станков и растущей потребности в шлифованных зубчатых колесах в станкостроении затрачиваются значительные средства на расширение производства этих станков, особенно для зубошлифования колес 5-8-й степени точности с модулем /77 -^ 5 мм и диаметром делительной окружности Д 225 мм, применяемых в различных отраслях промышленности. Необходимо отметить, что при этом максимальную производительность обеспечивают станки мод. 5А84І, 5831 и типа Найльс, которые являются и экономически наиболее выгодными /112,117/.
В отечественной и зарубежной литературе имеются сведения о целесообразности применения кругов из кубического нитрида бора (КНБ) на металлической связке при зубошлифовании деталей из цементированных и закаленных сталей с целью повышения производительности обработки. Однако этих данных недостаточно, чтобы все-
стороннє оценить эффективность использования такого инструмента. Его применение сдерживается также отсутствием эффективных методов правки непосредственно на зубошшфовальном станке. Следует ожидать, что экспериментальное и теоретическое исследование характера износа кругов в ходе зубошлифования на станках указанных типов позволит снизить затраты на правку таких кругов, предложить специальные конструкции инструмента, которые учитывали бы особенности данного процесса с целью устранения неравномерного износа профиля рабочего слоя кругов, тем самым повысив эффективность зубошлифования.
Исходя из изложенного, настоящая работа была посвящена комплексному исследованию процесса зубошлифования на станках мод.5А841, 5831 и типа Найльс с целью его интенсификации путем применения конических кругов из СІМ, работающих по способу обкатки.
До полного изложения результатов выполненных исследований необходимо указать, что их научная новизна заключается в следующем:
Изучены особенности влияния геометрических параметров зубчатых колес и режиглов обработки при зубошлишовании на станках, работающих коническим кругом по способу обкатки, на характер износа шлифовальных кругов.
Выявлен характер образования погрешностей зубчатых колес от износа шлифовального круга и предложены теоретико-экспериментальные зависимости, позволяющие определить период времени между правками с учетом требований к точности обработки.
В итоге впервые проведенных комплексных исследований показана эффективность использования кругов из КНБ с неметалли-
ческими покрытиями на зернах, на металлических связках при зубо-шлифовании колес с зубьями твердостью НРС 58-62. Эти круги не только обладают повышенной работоспособностью, но и увеличивают долговечность зубчатых колес.
4. Исходя из анализа погрешностей обрабатываемых зубчатых колес, предложены новые конструкции шлифовальных кругов, геометрия рабочего слоя которых учитывает особенности их износа в процессе зубошлифования и обеспечивает постоянство угла профиля.
5. Предложено правку шлифовального круга проводить не на полную высоту изношенного слоя, а оставляя ее часть, равную величине слоя, изнашиваемого при приработке в сечении с максимальным значением, что существенно увеличивает суммарное время работы кругов.
В настоящей диссертации автором защищаются:
Разработанный процесс зубошлифования на станках мод.5А841, 5831 и типа Найльс колес из цементированных и закаленных сталей кругами из КЕБ на металлических связках.
Методика расчета геометрических параметров сечения среза, осуществляемого кругом в каждой точке эвольвентного профиля.
Способ правки зубошлифовальных кругов, увеличивающий время их эксплуатации.
Новые конструкции кругов с равномерно изнашиваемым профилем рабочего слоя и реализованную на языке "Фортран" методику расчета их геометрических параметров.
Результаты исследований работоспособности кругов из СЇМ при зубошлифовании цементированных и закаленных зубчатых колес.
Данные оценки физико-механического состояния поверхностного слоя зубьев после обработки кругами из СІМ с различными характеристиками.
7. Результаты изучения долговечности зубчатых колес, об
работанных кругами из КНБ и электрокорунда белого, по критерию
усталостного выкрашивания,
8, Разработанные в результате исследований, промышленных
испытаний и внедрения рекомендации по зубошлифованию кругами из
КНБ на металлических связках.
Работа выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ по теме 1818, в которой автор принял участие как ответственный исполнитель. Им были решены теоретические вопросы, связанные с разработкой процесса, проведены его лабораторные исследования, производственные испытания и внедрение на предприятии по договору о научно-техническом сотрудничестве & 559.
Влияние зубошлифования на эксплуатационные показатели зубчатых колес
Технологические возможности современных зубошлифоваль-ных станков позволяют значительно интенсифицировать режимы обработки, но эти резервы увеличения производительности, как правило, не используются из-за возникновения дефектов на обрабатываемых поверхностях /104/. Поэтому трудоемкость процесса зубошлифования составляет 30-60$ всей трудоемкости механической обработки зубчатого колеса /8/.
На величину и характер происходящих при шлифовании структурных изменений в металле влияют режимы резания, зернистость, связка и состояние шлифовального круга, охлаждение, свойства обрабатываемой стали (химический состав, структура и т.д.),исходная микрогеометрия и форма шлифуемой поверхности, от которых зависит температура в зоне соприкосновения детали с инструментом /45,46,50,78/.
Для обеспечения качественных показателей зубчатых колес зубошлифОЕание требует особо тщательного выбора режимов обработки. На основании проведенных исследований /13,77/ разработаны рекомендации по выбору оптимальных режимов зубошлифования /79/. Отклонения в режиме резания, в том числе случайные, могут приводить к резкому снижению прочности и износостойкости термически обработанных зубчатых колес. При повышенных режимах шлифования в обрабатываемых поверхностных слоях происходят структурные превращения, которые значительно изменяют их физико-механические свойства. При этом в поверхностном слое шлифуемой стали возникают глубокие местные изменения микроструктуры - шлифовочные прижоги. Участки с изменившейся структурой могут располагаться в виде небольших пятен, крупных площадок или покрывать всю поверхность зуба /3,39,35,89,104,105/.
Поверхность зуба при обработке находится в разных температурных условиях, что приводит к повышению температуры шлифования на вершине и во впадине зуба /3/. Уменьшение количества выделяемого при зубошлифовании тепла, а следовательно, и сокращение количества дефектов в заводских условиях достигается применением менее напряженных режимов обработки /96/. Однако это приводит к значительному снижению производительности, неполному использованию мощностей применяемого оборудования и резкому увеличению парка зубошлифовальных станков, что экономически нецелесообразно /3,77,90,105,118,119/.
Высокие температуры шлифования и неравномерный отвод тепла вглубь металла сопровождаются объемными изменениями поверхностного слоя и в связи с этим обусловливают возникновение в ней различных по величине и знаку остаточных напряжений /30/. Шлифование обуславливает появление растягивающих остаточных напряжений, а иногда и трещин в поверхностном слое стальных деталей, если в нем образуется более 50$ аустенита и если деталь получает сильный отпуск на большую глубину /21,30,35,52,69,75,103/.
Сжимающие остаточные напряжения возникают в поверхностном слое, если образуется глубокий вторично закаленный слой, содержащий не более 50$ остаточного аустенита и слабо отпущенный на малую глубину, и если высокоотпущенная сталь со структурой тро-остита вторично закаливается в поверхностном слое на мартенсит, имеющий больший удельный объем, чем металл сердцевины /30,39/.
Наиболее интенсивные структурные изменения при шлифовании наблюдаются в поверхностных слоях материала толщиной до нескольких долей миллиметра. При обработке закаленных деталей с гру бой исходной микрогеометрией в местах расположения впадин и выступов неровностей поверхности образуется неоднородная структура. В местах расположения выступов исходных неровностей поверхности возможна вторичная закалка металла, а в местах расположения впадин - преимущественно отпуск.
В результате исследований зубошлифования колес из цементированных и закаленных сталей марок I2X2H4A, ЭИ712, ЭИ415 на станке мод.5831 кругами из белого электрокорунда установлено /79/: 1. Шлифование с малыми глубинами (0,01-0,02 мм) приводит в отдельных случаях к вторичной закалке поверхностного слоя мате риала зубьев на глубину 2...5 мкм, а ниже чаще всего располага ется незначительный слой мартенсита отпуска. При повышенных ре жимах шлифования на зубьях возникают глубокие местные прижоги с вторично закаленным внешним слоем, лежащим на слое сильно отпущенного металла. 2. Глубина структурных преобразований в материале и интен сивность их роста при зубошлифовании значительно снижаются от вершины зуба, где эвольвента имеет наибольший радиус кривизны,к его основанию в связи с уменьшением толщины слоя металла, снимае мого за один рез инструмента. Однако при отсутствии контроля за глубиной шлифования у основания зубьев и величиной радиуса округления рабочей кромки шлифовального круга глубина прижогов в этой зоне может достигать 0,05-0,06 мм. 3. С увеличением скорости обкатки и глубины шлифования толщина структурно-измененного слоя зубьев возрастает. 4. При обработке зубчатых колес продольная подача влияет на глубину структурных изменений в материале меньше, чем глубина шлифования. 5. Применение стали марок ЭИ712 и ЭИ415 вместо стали марки I2X2H4A позволяет снизить глубину структурных изменений при шлифовании зубьев. Режшлы обработки рекомендуется выбирать по графикам, приведенным в работе /77/. С увеличением глубины шлифования и скорости обкатки производительность возрастает, но одновременно с этим увеличивается толщина структурно-измененного слоя и повышается шероховатость обработанной поверхности зубьев.
Для устранения дефектов, возникающих на рабочих поверхностях зубьев при шлифовании зубчатых колес, значительную роль играет правильный выбор характеристики и формы рабочей поверхности шлифовальных кругов и, в частности, выбор материала режущих зерен. Так при повышении зернистости круга из электрокорунда белого от 16 до 40 температура поверхности снижается на 15-20$ /51/. Указанное объясняется тем, что с повышением зернистости абразива в съеме металла принимает участие меньшее число зерен. В результате, несмотря на некоторое увеличение количества тепла, выделяемого при работе каждого зерна в отдельности, суммарная температура поверхности понижается.
При повышении твердости абразивного инструмента от Мз Д Ci-Us. температура поверхности возрастает на 30-40$, так как с увеличением твердости шлифовального круга для удаления изношенных зерен требуются большие усилия, условия самозатачивания круга ухудшаются и температура на поверхности шлифованных зуйьев возрастает.
Выбор и реализация эффективного метода правки конических кругов при зубошлифовании по способу обкатки
Эффективность зубошлифования кругами из СГМ в значительной степени зависит от качества их правки. Первоначально она производится перед установкой шлифовального круга на шпиндель станка,что необходимо для устранения биения инструмента и придания его профилю требуемой формы. В дальнейшем круг подвергается правке в процессе зубошлифования, так как износ его рабочего слоя приводит к снижению точности обрабатываемых зубчатых колес.
При использовании для зубошлифования кругов из СІМ их предварительную правку целесообразно проводить вне станка. Это вызвано тем, что алмазные правящие карандаши не обеспечивают эффективного съема и процесс правки сопровождается значительным их износом.
Кроме того, устройство для правки на зубошлифовальном станке обладает малой жесткостью, которая уменьшается с увеличением длины вылета штока, несущего правящий инструмент, С уменьшением диаметра круга эта длина увеличивается. При правке происходит отжатие алмазного карандаша от рабочей поверхности шлифовального круга,что приводит к значительным погрешностям его профиля.
Одним из наиболее целесообразных методов правки зубошлифо-вальных кругов из СІМ при подготовке их к работе является шлифование абразивных»! кругом из электрокорунда белого. Для того,чтобы максимально упростить эту операцию, получив требуемую геометрию профиля круга, его правили в специальном приспособлении, конструкция которого представлена на рис.2.1. Оно устанавливается на столе заточного станка мод.ЗБ642 и крепится к его направляющим. Приспособление имеет также свои направляющие /4/,которые позволяют осуществить его разворот вокруг оси на угол от 0 до 90. Б центрах приспособления /3/ устанавливается эталон в виде конусного диска /2/ с углом ск , равным половине угла профиля круга из СШ формы І4ЕЕІХ.Поворачивая приспособление вокруг оси, добиваются, чтобы прямолинейная образующая эталонного конусного диска при его перемещении вдоль продольных направляющих /5/ станка отклонялась от профилирующей точки рабочего слоя абразивного круга, установленного в шпинделе станка, не более чем на 0,001 мм. Отклонения фиксируются при помощи индикатора часового типа /I/, закрепленного в стойке, установленной на шлифовальной головке /7/. Затем взамен эталонного конуса устанавливается круг из СТМ формы І4ЕЕІХ /8/ на рабочей оправке. От специального электродвигателя /6/ ему сообщается вращение со скоростью 1-1,5 м/с и возвратно-поступательное перемещение вдоль продольных направляющих станка с подачей 1-1,5 м/мин и поперечной подачей 0,005-0,01 мм/дв.ход. При этом абразивный круг ППІ00хІ6х20 24АІ6 СЖ-2К5 /9/, вращаясь со скоростью 15-20 м/с, шлифует рабочий слой круга из СІМ. Высокая интенсивность съема слоя из СТМ при таком способе правки достигается при самозатачивании правящего абразивного круга, что исключает возможность применения твердых абразивных инструментов,которые снижают производительность процесса.
Последующая правка кругов производится непосредственно на зубошлифовальном станке, оснащенном с этой целью механизмом правки. Он дает возможность поддерживать требуемую форму рабочего слоя инструмента в процессе эксплуатации путем его правки алмазными карандашами типа Н или МААС. При правке кругов из СІМ на органической связке на их рабочей скорости предпочтительны следующие режимы: продольная подача правящего карандаша р- 0,5 м/мин, поперечная Sn„ = 0,01 мм/дв.ход.
Круги из СТМ на металлической связке могут правиться непосредственно на зубошлифовальном станке только с вводом в зону правки дополнительной энергии. Для повышения эффективности правки кругов из СТМ на металлической связке в процессе зубошлифования целесообразно применение электроэрозионного метода /106/.
Необходимым условием проведения электроэрозионной правки является наличие источника постоянного тока. Значительное влияние на технологические параметры и процесс обработки оказывает межэлектродная среда. Известно /106/, что наиболее эффективно данный процесс осуществляется в органичеаких жидкостях (масло,керосин). В этих средах он протекает стабильно и обеспечивает наилучшие показатели при меньшей энергоемкости.
При шлифовании зубчатых колес кругами из СШ на металлической связке для их правки использовалась схема, приведенная на рис.2.2. В соответствии с ней токопроводящие алмазные правящие карандаши типа МААС /6/, закрепленные в изолированных державках /5/, подключены к отрицательному источнику постоянного тока, а корпус шлифовального круга /I/ при помощи изолированного от станка /2/ медно-графитового электрода /4/, поджатого пружиной /3/,-к положительному.
При перемещении правящих карандашей с подачей пр вдоль образующих вращающегося с рабочей скоростью шлифовального круга в зоне их контакта происходит съем элементарных стружек материала связки, которые замыкают рабочие электроды. При помощи трубок /7/ в зону правки подается масло из системы охлаждения. Под влиянием высокой температуры, развивающейся при прохождении тока через ограниченную площадку контакта стружки со связкой, происходит расплавление металла в зоне контакта /106/. Вслед за этим наступает электрический разрац, оставляющий эрозионный след. Как показано раньше, наиболее целесообразным является применение кругов из КНБ со стеклопокрытием на металлической связке. Зерна кубони-та, покрытые стеклом, которые находятся в рабочем слое шлифовального круга, и алмазные зерна правящего инструмента предохраняют связку круга от непосредственного контакта со связкой карандаша. За счет вращения круга достигается прерывание разрядов..
Так как процесс в значительной степени основан на бесконтактном формообразовании, его специфической особенностью является отсутствие погрешностей, вызываемых упругими деформациями технологической системы. В качестве источника технологического тока применяются выпрямители постоянного тока ВСА-5, BGA-6, которые отличаются простотой конструкции, высокой надежностью и малыми габаритами. Это делает данный способ сравнительно простым и дает возможность применить его при зубошлифовании на любом предприятии без изготовления дополнительной оснастки.
Методика аналитического определения геометрических параметров срезов металла, формирующих эволь-вентную поверхность в процессе зубошлифования
Припуск бп (см.рис.3.2), снимаемый в процессе шлифования зуба, расположен мевду двумя эквидистантными эвольвентами I и 2 и равен расстоянию мевду ними, измеренному по нормали. Используя параметрический способ задания кришх, получим систему уравнений, описывающих первую эвольвенту: где )/ и Ус/ - граничные углы развернутости, определяющие положение точек на эвольвенте I, которые являются соответственно граничной точкой и точкой эвольвенты на окружности вершин,то уравнение (3.8) необходимо решать всякий раз при изменении У і . Выражение (3.8) представляет собой трансцендентное уравнение, решение которого в общем виде представляет собой довольно сложную задачу.
Поэтому решение его осуществлялось на ЭШ (см. приложение IQ). Общая точка главного профиля эвольвенты и переходной кривой является граничной точкой зацепления. Ее положение на профиле зуба определяется углом yg , который в значительной степени зависит от коэффициента смещения X исходного контура и в соответствии с /90/ вычисляется как где у)д - коэффициент ножки зуба; hQ - коэффициент головки зуба. Угол развернутости в точке зуба на окружности вершин: У - ід Л ; угол профиля в точке на окружности вершин: cLci-caecoS r- і диаметр вершины зубьев: с/с? диаметр ОСНОЕНОЙ окружности: d -QleoSd » диаметр делительной окружности: d = in 2 Подставив в систему уравнений (3.3, 3.4) заданные значения угла У[ определяем координаты с -ой точки соприкосновения эвольвенты I с образующей профиля инструїлента - Xj и /; а подставив в систему уравнений (3.5, 3.6) соответствующие У і углы (J x и V( , находим координаты с -ой точки пересечения - а?х » (Д. образующей с эвольвентой 2. Указанные координаты искомых точек i± и tz пересечения прямой с эвольвентным профилем определяют длину линии соприкосновения образующей профиля шлифовального круга с профилем зуба: Для определения площади сечения среза и его максимальной толщины, обеспечиваемых в результате единичного реза инструмента в любой точке эвольвенты зуба, необходимо вычислить половину ширины получаемой при этом резе огранки, например, величину С Hz для точки М; . Ширина огранки, как и длина линии контакта круга с зубом, зависит от параметров зубчатого колеса и режимов шлифования. Она увеличивается от ножки зуба к его головке.Если эвольвенту разбить на малые участки, имеющие условно постоянные радиусы кривизны SZ B /M то величинУ СМ 2 можно представить в виде /101/: Высота макронеровностей h0 определяется согласно /88/ по следующей формуле: Расчет площадей сечения среза и его максимальной толщины в каждой точке эвольвенты по приведенной методике позволил сделать выводы о характере их изменения по высоте зуба и влиянии на него числа зубьев и режимов обработки. Из расчетов следует, что толщина сечения среза и его площадь Si ПРИ шлифовании эвольвентных зубчатых колес на станках типа Найлъс зависят от положения инструмента относительно обрабатываемой поверхности зуба. Характер их изменения по длине эвольвенты в направлении увеличения высоты зуба при равномерно расположенном припуске показан на рис.З.З. Из него видно, что площадь сечения и максимальная толщина среза увеличиваются по высоте зуба и достигают наибольшего значения на окружности вершин. Они увеличиваются с ростом длины соприкосновения рабочего слоя круга со шлифуемой поверхностью и угла J между двумя последующими резами, С увеличением угла развернутости эвольвенты длина линии контакта инструмента с поверхностью шлифуемого зуба увеличивается (см. рис.З.З) и достигает максимального значения при пересечении образующей профиля круга с эвольвентой I в точке Є (см.рис. 3,2), расположенной наиболее близко к точке пересечения этой эвольвенты с окружностью вершин. По формулам (3.9), (3.II) и (3.12) для различных значений модуля, числа зубьев и толщины снимаемого за проход припуска вычислены максимальные значения длины линии контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью, площади сечения среза и его толщины для кавдого конкретного случая.
Как видно из рис.3.4-3.6, длина линии контакта инструмента с эвольвентной поверхностью зуба, площадь сечения среза и его толщина зависят от геометрических параметров обрабатываемого зубчатого колеса, числа зубьев и толщины припуска, снимаемого за проход. С ростом этих параметров максимальная длина линии контакта инструмента с поверхностью шлифуемого зуба увеличивается. При этом характер ее зависжюсти от приведенных факторов различен. Максимальная толщина слоя металла, удаляемого за один рез инструмента в процессе зубошлифования, зависит от получаемой при этом длины линии его контакта с обрабатываемой поверхностью и в значительной степени определяется режимами обработки, в частности, толщиной снимаемого за проход припуска вц , скоростью обката So и продольной подачей п Режимы обработки So и Я в соотношении с геометрическими параметрами зубчатых колес - модулем и числом зубьев -определяют величину угла і между предварительным и профилирующим резами. При этом угол непосредственно задает толщину среза при снятии заданного припуска в процессе зубошлифования. С увеличением модуля данный угол уменьшается при неизменных значениях режимов обработки, что приводит к снижению толщины и увеличению площади сечения среза, удаляемого в результате резов шлифовального круга в любой точке эвольвенты (рис.3.5). Из этого следует, что наиболее высокая производительность, связанная с повышением режимов обработки, может быть достигнута при зубо-шлифовании колес с модулем, максимально допустимым при обработке на станках используемых моделей. При обработке зубчатого колеса с модулем /т? 5 мм необходимо сравнение различных способов зубошлифования с целью выбора такого, который позволяет обеспечить максимальную производительность. Как видно из рис.3.4 и 3.5, с увеличением модуля и числа зубьев растет длина линии контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью и уменьшается максимальная толщина сечения среза металла, удаляемого за один рез инструмента. При этом площадь сечения среза повышается с увеличением модуля обрабатываемого зубчатого колеса. С увеличением числа зубьев максимальная площадь сечения среза уменьшается. Исследование влияния режимов обработки на площадь сечения среза металла, удаляемого за один рез инструмента, показало,что она линейно зависит от скорости обката и толщины срезаемого за проход припуска. При этом толщина сечения среза снижается или увеличивается почти во столько раз, во сколько соответственно изменяется подача обката, в то время как изменение величины снимаемого за проход припуска оказывает на толщину сечения среза значительно меньшее влияние (см.рис.3.7).
Влияние систематических функциональных погреш ностей, возникающих при зубошлифовании, на точность обработки зубчатых колес
Наибольшая погрешность смещения исходного контура проявляется в конце цикла обработки на предпоследнем зубе, а радиальное биение - на последней впадине, причем они становятся веаьма значительными при шлифовании колес с большим числом зубьев и большой шириной зубчатого венца.
Максимальное отклонение основного шага наблюдается при контроле мевду точкой пересечения эвольвенты с окружностью выступов зуба, шлифованного в конце цикла обработки, и граничной точкой эвольвенты зуба, шлифованного в начале цикла, или по противоположным профилям между точкой пересвчения эвольвенты с окружностью выступов зуба, шлифованного в начале цикла обработки, и граничной точкой эвольвенты зуба, шлифованного в конце прохода. Однако в первом случае отклонение основного шага имеет положительное значение, а во втором - отрицательное /39/.
Кроме того, износ круга изменяется при обработке различных точек эвольвенты в зависимости от геометрии зубчатого колеса и режимов обработки. Это вызывает погрешности, характеризующие отклонение эвольвенты и отклонение основного шага не только в зоне окончания прохода, но и мевду любыми двумя профилями зубьев вдоль линии зацепления. Хотя это отклонение значительно меньше, чем мевду конкретными профилями, указанными выше, но оно вносит значительную погрешность в обработку зубчатого колеса. Поэтому погрешность основного шага в зоне окончания прохода необходимо рассматривать также с учетом неравномерности износа шлифовального круга. Отклонение основного шага, вызванное износом круга, показывает разность отклонения одноименных эвольвентных профилей двух смежных зубьев вдоль линии зацепления от эвольвентного профиля номинальных параметров ще паї , llsu± - высота износа рабочего слоя круга на участках, шлифующих эвольвентный профиль на окружности вершин і -го зуба и на основной окружности зуба соответственно; /?gti - радиус шлифовального круга, касающийся радиуса основной окружности зубчатого колеса; паи - радиус шлифовального круга, касающийся радиуса окружности вершин зубчатого колеса; Леи - максимальная толщина металла, снимаемого при обработке 6 -го эвольвентного профиля на окружности вершин в результате единичного реза; Лб{+1 - максимальная толщина металла, снимаемого при обработке Ы± эвольвентного профиля на основной окружности в результате единичного реза.
При этом погрешность эвольвентного профиля на любом зубе можно определить из выражения которое отражает разность отіиіонения эвольвентного профиля зуба в точке пересечения эвольвенты с окружностью вершин и граничной точке зацепления.
Процесс получения эвольвентного профиля по способу обкатки происходит в результате огибающих резов, причем каждый из них касается эвольвенты в одной точке. При этом возникает ломаная линия, огибающая теоретическую эвольвенту.
Расстояние между вершиной угла ломаной линии и огибаемой эвольвентной, измеренное по нормали к последней, является величиной огранки, которая характеризует отклонение от теоретического профиля эвольвентного зуба, обусловленное схемой обработки, и рассчитывается по зависимости (3.10).
Высота гребешков при постоянных параметрах инструмента и шлифуемого колеса возрастает с увеличением радиуса кривизны профиля. Радиус кривизны будет наибольшим в точке профиля, находящейся у окружности вершин. В этом случае величина Р будет выражаться формулой /12/: где da - угол профиля зубчатого колеса на окружности вершин; f( а - радиус основной окружности. Угол профилирующего реза ( f ) определяем по формуле (3.1). Тогда
Расчеты величины /f0 , выполненные по приведенной формуле для зубошлифования зубчатого колеса с2=24,/п=5мм, б =30 мм на чистовых режимах (режимы Р± ) Р3 , табл.2.2), позволили установить, что значения \i0 составляют 0,05-0,1 мкм, то есть находятся в пределах высоты шероховатого слоя j?max = 9 мкм (см.табл.2.2) и не могут оказывать значительного влияния на формирование микрорельефа поверхности зубьев.
