Содержание к диссертации
Введение
1 Перспективы применения и технологические процессы обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями 15
1.1 Перспективы применения цилиндрических колес с круговымии зубьями 15
1.1.1 Применение цилиндрических колес с круговыми зубьями для шестеренных насосов 15
1.1.2 Секторная пара с круговыми зубьями в изделии АК-630 18
1.1.3 Применение цилиндрических колес с круговыми зубьями в главной передаче ведущих мостов автомобиля КамАЗ 19
1.2 Обзор методов формообразования и обработки венцов цилиндрических колес с круговыми зубьями 21
1.2.1 Накатка зубьев 21
1.2.2 Фрезерование зубьев зуборезными резцовыми головками...25
1.2.3 Фрезерование зубьев на станках с ЧПУ пальцевыми фрезами 29
1.2.4 Шлифование зубьев 32
1.2.5 Отделочная обработка 33
2 Расчет геометрических параметров цилиндрических колес и комбинированного инструмента с круговыми зубьями для построения процесса шевингования-прикатывания 38
2.1 Особенности цилиндрических колес с круговыми зубьями 38
2.2 Геометрический расчет рабочего и станочного зацепления цилиндрических колес с круговыми зубьями 41
2.2.1 Расчет геометрии рабочего и станочного зацепления при обработке зубчатых колес 41
2.2.1.1 Вывод уравнений производящих поверхностей и определение координат точек торцовых профилей зубьев 41
2.2.1.2 Уравнения производящей поверхности при обработке выпуклых сторон зубьев 42
2.2.1.3 Определение координат точек торцового профиля выпуклой стороны зуба шестерни в системе координат заготовки 45
2.2.1.4 Определение координат точек торцового профиля выпуклой стороны зуба шестерни в передаче 47
2.2.1.5 Уравнения производящей поверхности при обработке вогнутых сторон зубьев колеса 48
2.2.1.6 Координаты точек торцового профиля вогнутой стороны зуба колеса в системе координат заготовки 50
2.2.1.7 Определение координат точек торцового профиля вогнутой стороны зуба колеса в передаче 52
2.2.1.8 Расчёт приведённого зазора модифицированных поверхностей зубьев в торцовом сечении 52
2.2.2 Приближённый расчёт номинального радиуса г02 кривизны зуба производящей рейки 53
2.2.3 Расчет коэффициента перекрытия зубчатой передачи 57
2.3 Выбор метода нарезания зубьев арочных передач. Расчет основных параметров зуборезных головок 59
2.3.1 Выбор методов нарезания зубьев арочных передач 59
2.3.2 Определение минимального радиуса резцовой головки для нарезания шевера-прикатника 60
2.3.3 Определение толщины вершины зуба на торце 62
2.3.4 Расчет основных параметров зуборезных головок 66
2.4 Теоретические аспекты построения процесса шевингования-прикатывания цилиндрических колес с круговыми зубьями 72
2.4.1 Концептуальная модель шевингования-прикатывания для цилиндрических колес с круговыми зубьями 75
2.4.2 Математическая модель шевера-прикатника 80
2.4.3 Выбор коэффициента смещения 84
2.4.4 Методика определения припуска по толщине зуба при шевинговании-прикатывании 85
3. Конструкторско-технологическое обеспечение шевингования-прикатываршя цилиндрических колес с круговыми зубьями 91
3.1 Опытно-конструкторские разработки по проектированию цилиндрических колес с круговыми зубьями и инструмента для их обработки 91
3.2 Конструкции и способы работы шеверов-прикатников 95
3.3 Конструкторско-технологическое обеспечение процесса изготовления шевера-прикатника для обработки зубчатых колес 105
3.3.1 Маршрутная технология изготовления шевера-прикатника 105
3.3.2 Зуборезные инструменты для обработки венца шевера-прикатника и черовой обработки ЦККЗ 109
3.3.3 Технологическая оснастка для обработки венца шевера-прикатника и предварительной обработки венца ЦККЗ 115
3.3.4 Расчет параметров наладки станка ОЦ1И22 на обработку венца шестерен и шевера-прикатника 119
3.3.5 Обеспечение размерного контроля венца шевера-прикатника 133
3.4 Конструкторско-технологическое обеспечение шевингования-прикатывания цилиндрических колес с круговыми зубьями 138
3.4.1 Общие принципы 138
3.4.2 Технологическая оснастка для шевингования-прикатывания и контроля зубчатых колес 139
4 Экспериментальные исследования шевингования-прикатывания цилиндрических колес с круговыми зубьями 150
4.1 Экспериментальная установка для шевингования-прикатывания 150
4.2 Обеспечение основных метрологических параметров средств измерения при проведении экспериментов 155
4.3 Статистическое исследование точностных параметров шевингования-прикатывания ЦККЗ 161
4.4 Исследование силовых характеристик процесса шевингования-прикатывания ЦККЗ 175
4.5 Исследование режуще-деформирующих свойств шевингования-прикатывания 183
Заключение. Основные выводы и результаты 201
Библиографический список 203
Приложения 217
- Применение цилиндрических колес с круговыми зубьями для шестеренных насосов
- Координаты точек торцового профиля вогнутой стороны зуба колеса в системе координат заготовки
- Зуборезные инструменты для обработки венца шевера-прикатника и черовой обработки ЦККЗ
- Обеспечение основных метрологических параметров средств измерения при проведении экспериментов
Введение к работе
Актуальность темы исследования. В современных машинах, механизмах и приборах для передачи вращательных движений широко применяются зубчатые передачи. По сложности и трудоемкости изготовления зубчатые колеса составляют особую группу деталей в машиностроении с большими масштабами производства. Из них наибольшее распространение получили прямозубые цилиндрические колеса, благодаря тому, что технология их изготовления является наиболее простой.
Однако прямозубые цилиндрические колеса не всегда обеспечивают качественное сопряжение рабочих поверхностей из-за неточностей их изготовления и возможных перекосов в процессе сборки узлов. Избежать этого можно путем ужесточения требований к точности обработки колес и последующего их монтажа, что неизбежно приводит к дополнительным затратам времени и средств и, в итоге, повышает стоимость изделий. Альтернативой является переход к зацеплению цилиндрических колес с криволинейной формой зубьев, в частности, с круговой. В целом ряде изделий использование таких передач является экономически обоснованным. Так, в передачах шестеренных насосов применение цилиндрических зубчатых колес с круговыми зубьями (ЦККЗ) позволяет локализовать зоны контакта, что компенсирует погрешности направления зубьев и относительного расположения осей роторов. В итоге могут быть назначены экономически целесообразные допуски при изготовлении деталей и сборке изделий.
При этом традиционные технологии изготовления ЦККЗ не всегда обеспечивают высокую эффективность (особенно в условиях производства с большим объемом выпуска) из-за необходимости осуществления последовательной многоэтапной зубообработки.
Одним из перспективных направлений, позволяющих сократить количество операций зубообработки ЦККЗ, является использование заготовок, максимально приближенных по форме и размерам к детали. Однако попытки применения заготовок колес среднего модуля с зубьями, полученными методами горячего накатывания, широкого распространения не получили, в основном из-за проблем, возникающих в процессе последующей их обработки. Число операций зубообработки при этом не сокращается, а экономия металла не оправдывает дополнительных затрат на получение зубчатых заготовок.
Решение этой задачи может быть найдено только при условии создания высокоэффективных процессов зубообработки, обладающих высокой исправляющей способностью (порядка 2-х степеней точности по ГОСТ 1643-81).
Исходя из вышеизложенного, можно утверждать, что разработка, теоретическое и экспериментальное исследование высокопроизводительных процессов чистовой зубообработки цилиндрических колес с круговыми зубьями, в условиях производства с большим объемом выпуска, является актуальной научной задачей.
Работа выполнялась в соответствии с грантами Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) в поддержку ведущих научных школ РФФИ-офи-центр № 08-08-99006 «Современная концепция создания технологических основ эффективного зубонарезания цилиндрических зубчатых колес»; РФФИ-офи-центр № 09-08-99004 «Разработка научных основ создания ресурсосберегающих технологий высокопроизводительной зубообработки закаленных цилиндрических зубчатых колёс»; грантом Губернатора Тульской области № 65-К-1/1421 «Инновационный технологический комплекс по изготовлению цилиндрических зубчатых колес на машиностроительных предприятиях Тульской области».
Цель работы. Повышение производительности чистовой зубообработки цилиндрических колес с круговыми зубьями.
Для достижения поставленной цели были постановлены и решены следующие задачи:
1. Анализ технологических возможностей способов чистовой зубообработки цилиндрических колес с круговыми зубьями.
2. Разработка и теоретическое исследование высокоэффективного процесса шевингования-прикатывания цилиндрических колес с круговыми зубьями в условиях производства с большим объемом выпуска.
3. Создание технологического комплекса шевингования-прикатывания цилиндрических колес с круговыми зубьями, в том числе разработка прогрессивных конструкций зубообрабатывающих инструментов.
4. Проведение комплексного экспериментального исследования процесса шевингования-прикатывания цилиндрических колес с круговыми зубьями, подтверждающего его эффективность. Теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение высокой исправляющей способности процесса шевингования-прикатывания, позволяющей реализовывать на его основе ресурсосберегающие технологии изготовления цилиндрических колес с круговыми зубьями.
Методы исследования. Теоретические исследования базируются на основных положениях теории зубчатых зацеплений, теории резания, теории формообразования производящих поверхностей режущих инструментов для обработки зубчатых деталей с использованием методов математического моделирования и современных графических программ на ЭВМ.
Экспериментальные исследования проводились в лабораториях ТулГУ на кафедрах «Технология машиностроения» и «Инструментальные и метрологические системы», а также в ОАО «АК «Туламашзавод» с использованием производственного оборудования и средств технологического и метрологического обеспечения. Обработка экспериментальных данных осуществлялась с использованием методов математической статистики.
Автор защищает:
1. Способ шевингования-прикатывания цилиндрических колес с круговыми зубьями. Концептуальную схему процесса шевингования-прикатывания цилиндрических колес с круговыми зубьями, с учетом особенностей и ограничений схемы формообразования круговых зубьев венца инструмента.
2. Методику проектирования шеверов-прикатников для зубообработки цилиндрических колес с круговыми зубьями и зуборезных резцовых головок для их изготовления.
3. Методику расчетов параметров наладок станков с ЧПУ для обработки зубчатых венцов цилиндрических колес и инструментов с круговыми зубьями.
4. Результаты экспериментальных исследований динамических характеристик процесса шевингования-прикатывания и точности обработки ЦККЗ, подтверждающие его высокую исправляющую способность (2 степени точности по ГОСТ 1643-81).
Научная новизна:
Выявлено соотношение процессов резания и пластического деформирования на различных этапах зубообработки, определяемых степенью износа режущих кромок инструмента, полученное путем моделирования процесса шевингования-прикатывания цилиндрических колес с круговыми зубьями.
Практическая значимость:
- разработана методика проектирования шеверов-прикатников для обработки ЦККЗ;
- созданы прогрессивные конструкции зубообрабатывающего инструмента для шевингования-прикатывания ЦККЗ;
- разработаны методики расчета основных параметров и проектирования зуборезных резцовых головок для изготовления шеверов-прикатников;
- разработана технология изготовления шеверов-прикатников, спроектирована и изготовлена технологическая оснастка, позволившие реализовать процесс изготовления шеверов-прикатников с использованием станков с ЧПУ в условиях инструментального производства машиностроительного предприятия;
- по результатам экспериментальных исследований разработаны рекомендации по нахождению оптимальных режимов резания при чистовой зубообработке ЦККЗ шевингованием-прикатыванием, обеспечивающие требуемые параметры точности и качества зубчатых колес.
Реализация работы. Результаты работы приняты к внедрению на ОАО «АК «Туламашзавод». Материалы диссертации используются в учебном процессе при изложении курсов лекций «Технология машиностроения», «Специальные технологии изготовления инструментальной техники», при курсовом и дипломном проектировании, выполнении выпускных квалификационных работ бакалавров и специалистов, магистерских диссертаций по направлению 552900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств».
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на следующих научно-технических конференциях: международной НТК, посвященной 75-летию ГИУА, Ереван, 2008; международной НТК «Инструментальные системы машиностроительных производств», Тула, 2008; 45-й и 46-й научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава ТулГУ (2009, 2010 г.); III-й и IV-й молодежных конференциях Тульского государственного университета «Молодежные инновации», Тула, 2009.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано: монографий – 1; статей в центральной печати и зарубежных рецензируемых изданиях и сборниках, входящих в «Перечень периодических научных и научно-технических изданий, выпускаемых в Российской Федерации, в которых рекомендуется публикация основных результатов диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук» – 9; статей в различных межвузовских сборниках научно-технических трудов – 6; из них статей без соавторства – 5; патентов – 4.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения и четырех глав, заключения, списка использованных источников из 124 наименований, выполнена общим объемом 216 с., включая 100 ил., 10 табл., содержит 4 приложения, представленные на 19 с.
Применение цилиндрических колес с круговыми зубьями для шестеренных насосов
Одним из наиболее перспективных объектов, в которых могут быть использованы цилиндрические зубчатые колёса с круговыми зубьями, являются шестеренные насосы, получившие широкое распространение в различных отраслях машиностроения и превосходящие другие типы насосов по простоте, весовым характеристикам, себестоимости и надёжности [47, 63, 66].
Обладая всеми вышеперечисленными достоинствами, эти насосы имеют, однако, существенный недостаток - значительные вибрацию и шум в процессе работы [89]. При этом наибольший уровень вибрации наблюдается в области зубцовой частоты f 7 и её высших гармоник.
Попытки снижения уровня вибрации за счёт повышения точности зубчатых роторов с 8 - 9 степени до 6 степени по ГОСТ 1643-81 [25], улучшения геометрии корпуса насоса, применения различных схем отвода жидкости из защемлённого объёма и изменения бокового зазора в зацеплении не привели к ожидаемому результату и не оказали достаточного воздействия на виброшумовые характеристики (ВШХ) насосов, особенно на зубцовой частоте и её гармонике второго порядка.
Основные причины повышенной виброактивности роторов заключаются в следующем. 1. Малый коэффициент перекрытия зубьев (єа= 1,05...1,1), связанный с необходимостью устранения заклинивания перекачиваемой жидкости в отсечённом пространстве впадины, что весьма нежелательно у насосов большой производительности. 2. Неблагоприятное расположение пятна контакта в зацеплении. При большой ширине зубчатого венца погрешность направления зуба в совокупности с погрешностями корпуса и подшипников насоса приводит к смещению пятна контакта к одному из торцов ротора и выходу его на кромки зубьев. 3. Сравнительно невысокая точность зубчатого венца. 4. Пульсация жидкости, весьма существенная у насосов с прямозубыми роторами. Улучшение ВШХ насосов возможно за счёт устранения любой из этих причин. Однако добиться серьёзного эффекта при таком подходе не удаётся. Поэтому рассчитывать на улучшение ВШХ можно только за счёт комплексного решения вопроса и проведения взаимосвязанных конструкторских и технологических мероприятий. Такой комплексный подход возможен при использовании роторов с круговыми зубьями. Эти роторы позволяют: 1) получить сравнительно большой суммарный коэффициент перекрытия зубьев; 2) обеспечить локализацию зоны касания зубьев, что компенсирует погрешности направления зубьев и относительного расположения осей роторов; 3) уменьшить пульсацию перекачиваемой жидкости. Как показали изготовление и испытание первых опытных образцов роторов с круговыми зубьями [60, 61], они отвечают требованиям точности и производительности обработки зубьев и сборки шестеренных насосов в сочетании с малой виброактивностью. Другим примером, иллюстрирующим возможность эффективного применения цилиндрической передачи с круговыми зубьями в шестеренных насосах является масляный насос дизельного двигателя «ТМЗ-450Д», выпускаемого АК «Туламашзавод» (рис. 1.1). Данный тип насоса, в отличие от рассматриваемого выше обладает сравнительно невысокой производительностью, однако работает при большем давлении рабочей среды. Масляный насос входит в состав комбинированной системы смазки дизеля. Одни агрегаты двигателя смазываются принудительно под давлением, другие - разбрызгиванием. К первым относятся коренные и шатунный подшипники коленчатого вала, ко вторым - элементы поршневого узла, управляющие механизмы, подшипники и др. Основными параметрами насоса, указанными в конструкторской документации являются: частота вращения привода насоса /?=1800±50 мин"1, производительность не менее 3 л/мин при противодавлении на выходе, равном 0,4 МПа. Исследования, проводимые в ТулГУ в данном направлении [6, 60, 61] показывают, что при использовании в насосе передачи с круговыми зубьями становится возможным: 1) улучшить ряд эксплуатационных параметров насоса - повысить время наработки на отказ; 2) обеспечить локализацию зоны касания зубьев, что компенсирует погрешности направления зубьев и относительного расположения осей роторов при изготовлении и сборке; 3) уменьшить уровень пульсаций перекачиваемой жидкости, уменьшить уровень шума и вибрации, создаваемых насосом.
Координаты точек торцового профиля вогнутой стороны зуба колеса в системе координат заготовки
В нашей стране и за рубежом на протяжении долгого времени велись разработки методов накатки зубчатых венцов прямозубых и косозубых колес [5, 23, 39, 43, 87, 116, 123]. Однако широкого и повсеместного внедрения в промышленное производство они не получили. Это связано с тем, что для достижения высокой экономической эффективности, необходимо путем горячей пластической деформации металла получать зубья такой высокой степени точности, которая достигается обычно обработкой резанием.
Профиль зуба колеса в процессе накатывания получается как огибающая последовательных положений инструмента (рейки или валка) при качении без скольжения по начальной окружности заготовки. Деформация осуществляется путем внедрения зубьев инструмента в тело заготовки. Вытесненный металл течет, в основном, в радиальном направлении (в сторону ножки зуба инструмента), образуя головку зуба накатываемого колеса.
Однако при изготовлении колес накатыванием нарушается целостность поверхностного слоя накатанных зубьев и появляется значительная накопленная погрешность окружного шага.
Исследования процесса горячего накатывания зубьев показали, что на качество получаемого зубчатого зацепления большое влияние оказывают удельные скольжения в сопряженных зубьях инструмента и накатываемого колеса. Тангенциальное смещение вершины зуба инструмента относительно прилегающего к нему металла заготовки приводит к закатам во впадинах и на боковых сторонах зубьев [5, 39, 43, 123]. Эти закаты уменьшают прочность на изгиб и усталостную прочность накатанных зубьев.
Способ горячего накатывания зубьев без дополнительной обработки их профилей, пригоден только для изготовления зубчатых колес невысокой точности (9 и 10 степень по ГОСТ 1643-81). Для более точных колес требуется применять дополнительную обработку зубьев.
Отмечая прогрессивность способов, применяемых для получения штампованных заготовок прямозубых колес, можно констатировать, что они практически неприемлемы для получения заготовок со сформированными круговыми зубьями, вследствие невозможности их выталкивания из матрицы в осевом направлении. При попытке реализовать возможность «раскрытия» пресс-формы в радиальном направлении по каждому зубу обрабатываемого колеса сложность конструкции оснастки, трудоемкость ее изготовления и себестоимость возрастают многократно, при существенном снижении надежности и срока службы.
Не лишен проблем и тот аспект производства зубчатых колес методом накатывания, который связан с их предварительным нагревом. Сквозной печной нагрев не способствует получению колес высокой точности, а процесс обработки заготовок, сопровождаемый нагревом их наружного слоя непосредственно на прокатном стане, требует применения установок ТВЧ и набора сложных специальных конструкций индукторов (для обработки расширенной номенклатуры зубчатых колес). Следует отметить, что стоимость данных инструментов и агрегатов весьма значительна. В то же время происходит непрерывное совершенствование конструкции станов горячей прокатки и в дальнейшем будет повышать точность накатанных шестерен, но, по-видимому, не сможет обеспечить стабильное получение шестерен 7-8 степени из-за их термического коробления. Поэтому задачу повышения точности необходимо решать, главным образом, в направлении создания производительного метода механической обработки колес после их пластического формообразования [123]. Иначе, основное преимущество получения предварительно сформированных зубьев методом пластической деформации -существенное сокращение времени производственного цикла сводится на нет. Поэтому, принципиально важно, рассматривать методики получения заготовок и чистовой обработки зубьев неотрывно друг от друга.
Возникающее термическое коробление колес вследствие неравномерного температурного состояния их различных участков также приводит к снижению точности параметров формируемого зубчатого венца. Наряду с этим существенным недостатком метода горячего накатывания является образование дефектных слоев в виде закатов на отдельных участках поверхности зубьев, что ухудшает их прочностные характеристики. Дальнейшая механическая обработка зубчатых заготовок, полученных горячим накатыванием, как с осевой, так и с радиальной подачей, особенно на токарных операциях, связана с определенными трудностями вследствие прерывистого характера резания. Все это, несмотря на хорошие показатели по производительности и экономии металла (на 15-20%), оказывает сдерживающее влияние на возможность широкого внедрения способов горячего накатывания зубчатых венцов в производстве цилиндрических колес среднего модуля.
В ТулГУ разработан комбинированный технологический процесс изготовления колес способом горячего накатывания круговых зубьев с припуском до 0,15...0,25 мм на сторону с последующей обработкой инструментом - шевером-прикатником [60, 123].
Проводимые исследования показывают, что этим инструментом можно обрабатывать накатанные колеса, ликвидируя при этом небольшие закаты на профилях зубьев (глубиной до 0,1...0,15 мм). Необходимым условием его применения является отсутствие закатов на дне впадин и на переходных кривых после горячего накатывания, так как режущий инструмент эти участки зуба не обрабатывает. Для накатывания колес используется конструкция стана, предложенная B.C. Корсаковым [39], которая базируется на применении доработанного горизонтально-фрезерного станка типа 6М80.
Схема процесса накатывания приведена на рис. 1.2. Закаленный накатник устанавливается на оправку, закрепленную в шпинделе станка и отверстии серьги. Нагрев заготовки осуществляется с помощью индуктора. Обрабатываемая заготовка - 1 закрепляется на валу - 2, а накатник — 3 — на валу - 4. На концах валов насажены делительные шестерни - 5 и 6, обеспечивающие передачу транспортного движения заготовке. Внедрение зубьев накатника в нагретую высокочастотным индуктором - 7 заготовку осуществляется при поступательном движении стола стана.
Зуборезные инструменты для обработки венца шевера-прикатника и черовой обработки ЦККЗ
Одностороннее (раздельное для выпуклой и вогнутой стороны) шлифование зубьев методом обката может выполняться двумя инструментами, аналогичными по конструкции торцовым ЗРГ — чашечными шлифовальными кругами, имеющими в осевом сечении профиль, зуба производящей рейки. Такой способ обработки может быть рекомендован, в качестве отделочной операции для среднемодульных колес, прошедших термическую обработку [44, 61, 84, 96].
Преимущество шлифования заключается в том, что точность обработки зависит не от исходных погрешностей и твердости зубьев, а от точности станка, правильности выбора технологических баз, способа крепления зубчатого колеса, режимов резания, качества шлифовальных кругов.
В процессе движения обката рабочая поверхность чашечного круга воспроизводит профиль одной боковой стороны зуба. Обкатку обеспечивают два одновременных движения: вращение обрабатываемого колеса вокруг своей оси и его поступательное перемещение. В процессе шлифования круг не перемещается вдоль линии зуба, что обусловливает ряд проблем связанных с теплонапряженностыо процесса. После окончания шлифования рабочей поверхности одного зуба, происходит поворот (деление) колеса на один шаг и так до тех пор, пока не будут обработаны все зубья с одной стороны. Вторая сторона зуба после смены инструмента обрабатывается так же, как и первая. К недостаткам следует отнести низкую производительность, ухудшение подачи СОЖ, опасность возникновения на рабочих поверхностях зубьев прижогов, микротрещин и остаточных напряжений вследствие высокой температуры, возникающей на контактных площадках зоны резания, сложность профилирования и правки абразивного инструмента, небольшой период размерной стойкости и низкий ресурс (в особенности для инструмента с малым радиусом кривизны). Зубошлифование чашечным кругом позволяет обеспечить точность обработанных колес в пределах 4...5-й степени точности и шероховатость поверхности - Ra = 1,0...0,2 мкм [44, 45]. Одной из разновидностей процесса зубошлифования по методу обката чашечным кругом является шлифование с планетарным движением оси чашечного круга, подробно описанное в статье [124]. При реализации планетарного характера движения чашечного круга относительно впадины обрабатываемого колеса реализуется ряд преимуществ по сравнению с традиционным методом зубошлифования: 1. Уменьшается теплонапряженность процесса за счет сокращения площади контакта абразивного инструмента с обрабатываемой заготовкой; 2. Улучшаются условия работы абразивного инструмента (при обработке зубчатых колес с малым радиусом кривизны зуба) за счет варьирования (в небольших пределах) его диаметра; 3. Сокращение номенклатуры абразивного инструмента; 4. Повышение производительности за счет сокращения числа установок и вспомогательного времени, затрачиваемого на них. Отделочную обработку нагруженных зубчатых колес применяют для частичной ликвидации недостатков чистовой обработки, например, у шлифованных колес - для снятия дефектного слоя. Для хонингования ЦККЗ можно использовать абразивные или алмазные зубчатые хоны - цилиндрические зубчатые колеса, выполненные по аналогии с шеверами-прикатниками с внеполюсным зацеплением [15, 69]. На боковых поверхностях зубьев хона размещается абразив или алмаз [1, 29, 32, 85, 86, 93, 94]. При зубохонинговании происходит взаимная обкатка обрабатываемого колеса и хона со скрещивающимися осями, в результате которой за счет взаимного скольжения сопряженных профилей с рабочей поверхности зуба колеса снимается слой материала. В [73, 79, 38] описывается прогрессивная конструкция инструмента, которая может применяться для обработки ЦККЗ. Хонингованием цементованных и закаленных зубчатых колес с удалением слоя материала толщиной 0,03...0,04 мм устраняют забоины высотой до 0,2 мм, все заусенцы и улучшают чистоту боковых поверхностей зубьев с Ra-\,6 мкм до Ra =0,63...0,32 мкм [1, 61]. При толщине припуска 0,01...0,04 мм с каждой стороны зуба погрешности снижаются, в том числе: радиальное биение на 30...60%, разность окружных шагов на 20...30%, отклонение профиля на 40...60%, накопленная погрешность окружных шагов на 50...80%, отклонения направления зубьев на 15...20%, колебание межосевого расстояния на оборот колеса на 20...65% и уровень шума в передаче на 2...4 дБ [32, 37, 88, 115]. Электроалмазное зубохонингование В настоящее время применяется зубохонингование цилиндрических зубчатых колес, совмещенное с электрохимическим (анодным) растворением металла заготовки (АЭХХ) и алмазно-электроэрозионным зубохонингованием (АЭЭХ), относящиеся к комбинированным абразивно-электрохимическим и абразивно-электроэрозионным процессам шлифования, близкие по своим физическим и технологическим основам к физико-химическим методам [15, 117]. АЭХХ по сравнению с обычным зубохонингованием обеспечивает снижение в 3 раза сил резания и температур в зоне резания, уменьшает в 3...5 раз и более износ инструмента и значительно увеличивается период его стойкости. АЭХХ обладает рядом недостатков, препятствующих его широкому использованию, к которым относятся: превращение части снимаемого металла в аморфные гидраты оксидов; большое число и значит габаритные размеры вспомогательного оборудования (трансформатор и выпрямитель, баки с электролитом, центрифуга, моечный агрегат, вентиляционная система); высокая энергоемкость процесса.
При отделке зубчатых колес предложенным методом производительность процесса зубохонингования повышается в 2...3 раза, удельный расход алмазов уменьшается в 1,5...2 раза, повышается точность обработки в результате уменьшения времени приработки инструмента.Приработка зубьев обеспечивает повышение гладкости их рабочих боковых поверхностей и улучшения пятна контакта зубьев парных колес. Приработка осуществляется при зацеплении обрабатываемого колеса и притира путем вращения с применением абразива (притирка в паре) или без него.
Приработку зубьев можно производить при беззазорном зацеплении парных колес и при номинальном межосевом расстоянии.
В первом случае неприработанные участки боковых поверхностей зубьев не попадают в зацепление при работе зубчатой передачи. Недостатками такой притирки являются: некоторое смещение на ножки зубьев полюсной линии с образованием хребта вдоль «полюсной линии приработки», невозможность компенсации перекосов зубьев. Приработку зубьев при номинальном межосевом расстоянии парных колес можно произвести непосредственно в собранной передаче, что обеспечивает наилучшее пятно контакта зубьев колес. Данный способ приработки можно применять лишь при необходимости удаления незначительных по толщине поверхностных слоев материала [61].
Обеспечение основных метрологических параметров средств измерения при проведении экспериментов
Выбор метода нарезания арочных зубьев цилиндрических колес (частными случаями коих и являются шеверы-прикатники), а также выбор и расчет режущего инструмента второго порядка, используемого для изготовления шеверов-прикатников должен базироваться на системном анализе существующих методов нарезания арочных зубьев цилиндрических зубчатых колес (см. разд. 1.2.2) [61, 78, 99, 101, 102].
В основном, при нарезании цилиндрических колес с арочными зубьями обработка осуществляется торцовой зуборезной резцовой головкой по методу обката с периодическим делением.
Наиболее интересным способом, который можно предложить для использования при производстве инструмента с круговым зубом является односторонней способ. При этом черновая обработка впадины шевера-прикатника осуществляется двусторонней зуборезной резцовой головкой, получистовая обработка выпуклых и вогнутых сторон зубьев этих инструментов производится раздельно односторонними головками, завершающим этапом чистовой обработки является раздельная обработка выпуклой и вогнутой сторон зубьев чистовыми головками, либо шлифовальными кругами. Таким образом, обработка зубчатого венца инструмента осуществляется за пять переходов. Способ имеет единственный недостаток: сравнительно низкую производительность, которая, однако, вполне приемлема для условий инструментальногопроизводства [60, 61, 68].
Для реализации предложенной схемы обработки могут быть использованы станки с ЧПУ, дополнительно оснащенные следящим приводом четвертой - круговой координаты. Это отечественный станок ОЦ1И22, а также ряд зарубежных станков, в т.ч., выпускаемых фирмой Topper. На данном оборудовании можно реализовать обработку практически всей номенклатуры рассматриваемого инструмента для обработки мелко- и среднемодульных колес с арочным зубом. Вследствие этого применение метода обката с единичным делением для обработки инструментов с арочными зубьями является наиболее целесообразным.
Для нарезания инструмента для производства цилиндрических колес с циклоидальной линией зубьев, обработка также осуществляется торцовой зуборезной резцовой головкой (см. разд. 1.2.2).
Если рассматривать зубчатую пару инструмент (шевер-прикатник) -заготовка, то в большинстве случаев инструмент имеет большее число зубьев; это объясняется, в первую очередь характером зацепления в зубчатой паре (предполюсное либо заполюсное) и требованием к износо- и размерной стойкости инструмента. Следовательно, дальнейшие выводы будут относиться к шеверу-прикатнику, как к большему колесу рассматриваемой зубчатой пары. Минимальный диаметр двухсторонней (черновой) резцовой головки - инструмента второго порядка может определяться по двум расчетным схемам [49, 50, 60]. Первая расчетная схема относится к случаю, когда цикл обработки каждой впадины по методу обката с единичным делением состоит из следующих движений: 1) рабочий ход - обработка впадины; 2) отвод резцовой головки или заготовки на величину несколько большую высоты зуба; 3) отвод заготовки в исходное положение; 4) деление; 5) рабочий ход — обработка следующей впадины и т. д. При таком цикле обработки минимальный диаметр резцовой головки определяется из условия: в момент окончания профилирования, когда заготовка располагается «внутри» головки, противоположные режущие кромки не должны касаться заготовки. Это условие становиться определяющим не только для черновой двухсторонней головки, но и для чистовой головки, профилирующей вогнутую сторону зуба шевера-прикатника. Зависимости, полученные исходя из этого условия, включают трансцендентное уравнение, для решения которого используется метод касательных (метод Ньютона). Вторая расчетная схема относится к случаю обработки «в обе стороны». Здесь деление должно осуществляться также и в положении, когда заготовка находится «внутри» головки. При этом минимальный диаметр резцовой головки определяется из условия отсутствия касания заготовки с режущими кромками головки при повороте заготовки момент деления «внутри» головки (рис. 2.9). Исходя из схемы, можно определить зависимость, характеризующую минимальную величину радиуса чистовой головки При определении минимального радиуса резцовой головки следует также учитывать возможность заострения зубьев в крайних торцовых сечениях заготовки. Это становится особенно актуальным при рассмотрении шевера-прикатника в качестве цилиндрического колеса с арочными зубьями.
Основным вопросом, решаемым здесь, является возможность профилирования боковых поверхностей арочных зубьев колеса и инструмента (шевера-прикатника). Для обеспечения линии контакта зубчатой пары инструмент - заготовка по всей длине зуба обрабатываемого колеса не допускается наличие отводов, иными словами, торцовый зазор Л должен быть равен нулю. Это обеспечивается тем, что выпуклая и вогнутая поверхности зуба инструмента должны быть конгруэнтны (взаимно дополнять друг друга) вогнутой и выпуклой поверхностью зуба заготовки [68].
Остановимся на данном вопросе подробнее. Условие конгруэнтности поверхностей зуба шевера-прикатника и обрабатываемого колеса подразумевает то, что радиус выпуклой стороны зуба инструмента будет всегда больше радиуса его вогнутой стороны. В некоторых случаях это может привести к невозможности изготовления инструмента из-за существенного заужения вершин зубьев односторонних торцовых зуборезных головок, используемых при профилировании зубьев. Это заужение может достигать критических значений (0,35...0,4)/77 [8]. Данное явление рассматривалось ранее в работах [2, 6, 7, 31]. Однако для рассматриваемого случая, когда радиус выпуклой стороны зуба шевера-прикатника меньше радиуса его вогнутой стороны, исследование возможности подрезания торцов зубьев шевера-прикатника при их нарезании зуборезной головкой, либо необходимость существенного заужения ее зубьев по вершинам, вплоть до неприемлемых величин, носит определяющий характер.
