Способ обработки зубчатых колес с криволинейными зубьями

 

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано в производстве зубчатых колес. Достигаемый технический результат - расширение технологических возможностей способа обработки колес с криволинейными зубьями за счет обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями с высокой производительностью. Для этого в способ обработки зубчатых колес с криволинейными зубьями на многоинструментном станке, при котором на люльке станка размещают зуборезные головки для черновой и чистовой обработки так, что их оси вращения отстоят от оси вращения люльки на одинаковом расстоянии, а при переходе от черновой обработки к чистовой люльку станка поворачивают вокруг ее оси для смены позиции инструмента, дополнительно вводят третью зуборезную головку, предназначенную для чистовой обработки, причем каждая из чистовых зуборезных головок предназначена для обработки своей стороны зуба, при этом черновую головку устанавливают так, что в рабочей позиции ее ось вращения смещена относительно средней торцовой плоскости заготовки, а поворот люльки при смене позиции инструмента при переходе от черновой обработки зубьев к чистовой обработке вогнутых или выпуклых сторон зубьев осуществляют на угол, меньший или больший центрального угла между двумя радиусами, проведенными из центра вращения люльки через оси черновой и чистовой зуборезных головок. 4 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано в производстве зубчатых колес.

Известен двойной двухсторонний способ обработки колес с круговыми зубьями (см. , например, книгу Калашникова С.Н., Калашникова А.С. Изготовление зубчатых колес. - М.: Высшая школа, 1980. - С. 208), при котором выпуклые и вогнутые стороны зубьев шестерни и колеса обрабатывают за один установ двусторонней зуборезной головкой. Способ имеет сравнительно высокую производительность, однако в ряде случаев качество зубчатой передачи ухудшается из-за невозможности управления длиной и расположением пятна контакта при нарезании зубьев.

Известен двусторонний способ обработки колес с круговыми зубьями (см. там же, с. 208, абзац 4), при котором черновое и чистовое нарезание зубьев колеса осуществляют двухсторонней головкой, а формообразование зубьев шестерни выполняют за три установа: 1) черновая обработка двусторонней головкой; 2) чистовая обработка выпуклых сторон зубьев односторонней головкой; 3) чистовая обработка вогнутых сторон зубьев односторонней головкой.

Способ отличается высоким качеством обработки, однако в массовом и крупносерийном производстве для его реализации требуются пять соответствующих образом настроенных станков (два станка для черновой и чистовой обработки колеса и три станка для обработки шестерни), а в мелкосерийном производстве партию шестерен обрабатывают на одном станке, последовательно настраивая его на черновую, а затем на раздельную чистовую обработку выпуклых и вогнутых сторон зубьев.

Вследствие этого в массовом производстве повышаются расходы на оборудование и производственные площади, а в мелкосерийном - существенно возрастает вспомогательное и подготовительно-заключительное время.

Известен также метод нарезания конических колес с циклоидальными зубьями (см. книгу Кедринского В.Н., Писманика К.М. Станки для нарезания конических зубчатых колес. - М.: Машгиз, 1958. - С. 254-256), при котором зуборезной головке и заготовке сообщают согласованное вращение вокруг их осей. Помимо этого для формирования зуба по всей длине и на полную высоту инструменту сообщают также вращение вокруг оси производящего колеса (оси поворота люльки станка). В результате при повороте люльки за один рабочий ход обрабатывают все зубья колеса или шестерни, после чего следует радиальное врезание инструмента в заготовку и при реверсе люльки зубья обрабатывают начисто.

Использование этого способа зубообработки обуславливает существенное повышение производительности, поскольку зубчатое колесо обрабатывается на одном станке, с одного установа за два рабочих хода. Однако способ имеет и недостатки. Черновая и чистовая обработка осуществляются одним и тем же инструментом, что обуславливает его повышенный износ и, как следствие, снижение точности зубчатых колес и повышение шероховатости зубьев.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является способ обработки зубчатых колес с криволинейными зубьями на многоинструментном станке, при котором на люльке станка размещают зуборезные головки для черновой и чистовой обработки так, что их оси вращения отстоят от оси вращения люльки на одинаковом расстоянии, а при переходе от черновой обработки к чистовой люльку станка поворачивают вокруг ее оси для смены позиции инструмента (см. пат. ГДР N 253199, МКИ B 23 F 9/10, 1978, 5 с). Наряду с высокой производительностью способ отличается высокой точностью, поскольку для черновой и чистовой обработки используются различные инструменты.

К недостатку способа можно отнести его сравнительно узкие технологические возможности, т.к. этим способом можно обрабатывать только конические зубчатые колеса с циклоидальными зубьями.

Изобретение решает задачу расширения технологических возможностей способа за счет обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями с высокой производительностью.

Для того в способе обработки зубчатых колес с криволинейными зубьями на многоинструментном станке, при котором на люльке станка размещают зуборезные головки для черной и чистовой обработки так, что их оси вращения отстоят от оси вращения люльки на одинаковом расстоянии, а при переходе от черновой обработки к чистовой люльку станка поворачивают вокруг ее оси для смены позиции инструмента, дополнительно вводят третью зуборезную головку, предназначенную для чистовой обработки, причем каждая из чистовых зуборезных головок предназначена для обработки своей стороны зуба, при этом черновую головку устанавливают так, что в рабочей позиции ее ось вращения смещена относительно средней торцовой плоскости заготовки на величину Δ, определяемую по формуле где R - расстояние от оси вращения люльки до осей зуборезных головок; угловой наладочный параметр при установке черновой зуборезной головки в рабочую позицию; q_e = r₀ + 0.5S_w - r_e - наладочное смещение оси чистовой зуборезной головки для обработки вогнутых сторон зубьев относительно оси черновой зуборезной головки вдоль производящей рейки; q_i = r_i + 0.5S_w - r₀ - наладочное смещение оси чистовой зуборезной головки для обработки выпуклых сторон зубьев относительно оси черновой зуборезной головки вдоль производящей рейки;
r₀ - номинальный радиус черновой зуборезной головки;
S_w= (0,5π-2xtgαm - окружная ширина впадины зубчатого колеса по делительной окружности в среднем торцовом сечении;
r_e - наружный радиус чистовой зуборезной головки для обработки вогнутых сторон зубьев;
r_i - внутренний радиус чистовой зуборезной головки для обработки выпуклых сторон зубьев;
x - коэффициент смещения исходного контура;
α - угол профиля исходного контура;
m - модуль зубьев,
а поворот люльки при смене позиции инструмента при переходе от черновой обработки зубьев к чистовой обработке вогнутых или выпуклых сторон зубьев осуществляют на угол, меньший или больший центрального угла между двумя радиусами, проведенными из центра вращения люльки через оси черновой и чистовой зуборезных головок соответственно на величины ϕ_e или ϕ_i, определяемые по формулам

Способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема обработки цилиндрического колеса с круговыми зубьями, вид сбоку; на фиг. 2 - разрез по А-А фиг. 1; на фиг. 3 показана схема расположения черновой и чистовой зуборезных головок на люльке многоинструментного зуборезного станка, вид спереди; на фиг. 4 дана расчетная схема, на которой оси черновой и чистовой головок показаны в рабочих позициях.

При обработке цилиндрических колес с круговыми зубьями двусторонним способом шестерню обрабатывают за три перехода или операции - черновую и две чистовых. В процессе обработки черновой зуборезной головке 1 (фиг. 1, 2) сообщают главное движение D_r - вращение вокруг оси O_o, а заготовке 2 - движение обката; складывающееся из поступательного перемещения D_sv заготовки 2 вдоль производящей рейки и согласованного с ним вращения D_sω вокруг ее оси O. При этом делительный цилиндр заготовки катится без скольжения по начальной плоскости А-А производящей рейки.

После черновой обработки зубья формируют чистовыми односторонними головками 3 и 4 раздельно за два перехода (фиг. 2). При этом для получения благоприятного пятна контакта в передаче радиус r_e головки 3 для обработки вогнутых сторон зубьев в зависимости от геометрических параметров нарезаемого колеса должен быть несколько меньше, а радиус r_i головки 4 для обработки выпуклых сторон - несколько больше, чем радиус r₀ черновой головки 1. Расчет радиусов r_o, r_e, r_i осуществляется по известным зависимостям (см.: Шейнин Г.М., Бобков М.Н., Розенблюм С.Е. Геометрический расчет элементов цилиндрической передачи с круговыми зубьями, параметров инструмента и наладок станков /Тульский политехн. ин-т. - Тула, 1987. - 78 с. - Деп. во ВНИИТЭМР 2.11.87, N 783 Мш). В соответствии с этим при наладке на чистовую обработку вогнутых сторон зубьев ось O_oe односторонней зуборезной головки 3 должна быть смещена относительно оси O_o черновой головки 1 на величину
q_e = r₀ + 0.5S_w - r_e,
где
r_o - номинальный радиус черновой зуборезной головки 1;
S_w= (0,5π-2xtgα)m - делительная окружная ширина впадины колеса 2 в среднем торцовом сечении;
r_e - наружный радиус чистовой зуборезной головки 3 для обработки вогнутых сторон зубьев;
x - коэффициент смещения исходного контура;
α - угол профиля исходного контура;
m - модуль зубьев.

При чистовой обработке выпуклых сторон зубьев заготовки 2 односторонней головкой 4 (фиг. 2) ось O_oi инструмента должна быть смещена относительно оси O_o черновой головки 1 на расстояние
q_i = r_i + 0.5S_w - r₀,
где
r_i - внутренний радиус чистовой зуборезной головки 4 для обработки выпуклых сторон зубьев.

Для реализации данного способа обработки при нарезании зубьев на многоинструментном станке (фиг. 3, 4) необходимо обеспечить такое же относительное расположение осей зуборезных головок при смене позиций инструмента в процессе перехода от черновой обработки к раздельной чистовой обработке вогнутых и выпуклых сторон зубьев. Если при этом расстояние R от оси O_л люльки 5 до осей O_o, O_oe и O_oi головок принять одинаковым, то оси O_oe (O_oel) и O_oi (O_oil) чистовых головок 3 и 4 в рабочей позиции можно расположить в средней торцовой плоскости Б заготовки 2 (фиг. 2, 3, 4), где угол наклона линии зуба равен нулю. Ось O_o черновой головки 1 будет смещена относительно средней торцовой плоскости на величину
,
где
R - расстояние от оси вращения люльки до осей зуборезных головок;
угловой наладочный параметр при установке черновой зуборезной головки в рабочую позицию.

Значение радиуса R выбирается конструктивно и зависит в основном от размеров станка. Как показали расчеты, при радиусе R порядка 500-700 мм и смещениях q_e(i) = 5-10 мм величина Δ = 0,05-0,07 мм и вполне может быть компенсирована при назначении припуска на чистовую обработку зубьев.

Положение осей зуборезных головок в рабочих позициях определяется двумя координатами. Если условно принять ось O_л люльки 5 за начало (полюс) полярной системы координат, а вертикальную линию O_лX - за полярную ось, положение осей O_o, O_oel и O_oil зуборезных головок 1, 3 и 4 помимо радиуса-вектора R определится полярными углами Ψ и
ν = ϕ_e+Ψ = ϕ_i-Ψ,
где
ϕ_e - угол установки в рабочую позицию чистовой головки для обработки вогнутых сторон зубьев;
ϕ_i - угол установки в рабочую позицию чистовой головки для обработки выпуклых сторон зубьев.

Углы ϕ_e и ϕ_i необходимо учитывать при смене позиций инструментов. Так, при переходе от черновой обработки к чистовой обработке вогнутых сторон зубьев смена позиций инструментов осуществляется за счет поворота люльки 5 (движение D_s) вокруг оси O_л на некоторый угол γ_e (фиг. 3). При этом для обеспечения требуемого углового координирования чистовой головки 3 угол поворота γ_e должен быть меньше центрального угла λ_e между двумя радиусами, проведенными из центра O_л люльки 5 через оси O_o и O_oe черновой 1 и чистовой 3 головок, на величину

По той же причине при переходе от черновой обработки к чистовой обработке выпуклых сторон зубьев люльку 5 нужно повернуть на угол γ_i, больший центрального угла λ_i между двумя радиусами, проведенными из центра O_л люльки 5 через оси O_o и O_oi черновой 1 и чистовой 4 головок,
на величину

Предлагаемый способ создает предпосылки существенного повышения производительности при изготовлении цилиндрических колес с круговыми зубьями за счет сокращения вспомогательного и подготовительно-заключительного времени.

Формула изобретения

Cпособ обработки зубчатых колес с криволинейными зубьями на многоинструментном станке, при котором на люльке станка размещают зуборезные головки для черновой и чистовой обработки так, что их оси вращения отстоят от оси вращения люльки на одинаковом расстоянии, а при переходе от черновой обработки к чистовой люльку станка поворачивают вокруг ее оси для смены позиции инструмента, отличающийся тем, что дополнительно вводят третью зуборезную головку, предназначенную для чистовой обработки, причем каждая из чистовых зуборезных головок предназначена для обработки своей стороны зуба, при этом черновую головку устанавливают так, что в рабочей позиции ее ось вращения смещена относительно средней торцовой плоскости заготовки на величину Δ, определяемую по формуле

где R - расстояние от оси вращения люльки до осей зуборезных головок;
угловой наладочный параметр при установке черновой зуборезной головки в рабочую позицию;
q_e = r₀ + 0,5S_w - r_e - наладочное смещение оси чистовой зуборезной головки для обработки вогнутых сторон зубьев относительно оси черновой зуборезной головки вдоль производящей рейки;
q_i = r_i + 0,5S_w - r_o - наладочное смещение оси чистовой зуборезной головки для обработки выпуклых сторон зубьев относительно оси черновой зуборезной головки вдоль производящей рейки;
r₀ - номинальный радиус черновой зуборезной головки;
S_w= (0,5π-2xtgα)m - окружная ширина впадины зубчатого колеса по делительной окружности в среднем торцевом сечении;
r_e - наружный радиус чистовой зуборезной головки для обработки вогнутых сторон зубьев;
r_i - внутренний радиус чистовой зуборезной головки для обработки выпуклых сторон зубьев;
x - коэффициент смещения исходного контура;
α - угол профиля исходного контура;
m - модуль зубьев,
а поворот люльки при смене позиции инструмента при переходе от черновой обработки зубьев к чистовой обработке вогнутых или выпуклых сторон зубьев осуществляют на угол, меньший или больший центрального угла между двумя радиусами, проведенными из центра вращения люльки через оси черновой и чистовой зуборезных головок соответственно на величины ϕ_e или ϕ_i определяемые по формулам

о

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4