УДК 621.833.2

ЗУБОРЕЗНАЯ ГОЛОВКА С РАВНОЙ СТОЙКОСТЬЮ БОКОВЫХ И ВЕРШИННЫХ РЕЖУЩИХ ЛЕЗВИЙ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЗУБЬЕВ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС С КРУГОВЫМИ ЗУБЬЯМИ

Водилов Андрей Валерьевич1, Черкашин Валентин Павлович2
1НИИ приборостроения им. В.В. Тихомирова, инженер-программист, соискатель, г. Жуковский
2ОАО «Объединенные машиностроительные технологии», канд. техн. наук, отдел комбайнов,главный специалист по расчетам, г. Москва.

Аннотация
Приведена конструктивная схема и принцип работы зуборезной головки с равной стойкостью боковых и вершинных режущих лезвий для обработки конических колес с круговыми зубьями, отличающаяся тем, что в ней кроме стандартных резцов содержатся специальные резцы, работающие только вершинными режущими лезвиями. Cтойкость головки при типовых режимах резания ориентировочно в два раза выше стандартной.

Ключевые слова: Зуборезная головка, Равная стойкость боковых и вершинных лезвий


GEAR HEAD WITH EQUAL FIRMNESS AND VERTEX SIDE CUTTING BLADES FOR THE TREATMENT OF THE TEETH OF BEVEL GEARS WITH CIRCULAR TEETH

Vodilov Andrey1, Cherkashin Valentin2
1Tikhomirov Scientific Research Institute of Instrument Design, Software Engineer. Applicant
2OAO "United Heavry Machinery Technology", Candidate of Techical Sciences

Abstract
Shows the construction of and operation of gear cutting head with equal firmness and vertex side cutting blades to handle bevel gears with circular teeth, characterized in that it contains in addition to standard cutters special cutters, working only vertex cutting blades.

Keywords: Eqnal to the resistance side and vertex blades, Gear head


Библиографическая ссылка на статью:
Водилов А.В., Черкашин В.П. Зуборезная головка с равной стойкостью боковых и вершинных режущих лезвий для обработки зубьев конических колес с круговыми зубьями // Современная техника и технологии. 2013. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2013/03/1745 (дата обращения: 01.10.2017).

Зуборезная головка с равной стойкостью боковых и вершинных режущих лезвий предназначена для обработки конических зубчатых колес с круговыми зубьями, а также может быть использована для обработки цилиндрических колес с арочными зубьями.

Cтандартная зуборезная головка имеет следующие недостатки. Вершинные режущие лезвия резцов головки имеют стойкость примерно в два раза меньше боковых режущих лезвий. При переточке резцов головки вместе с изношенными вершинными режущими лезвиями перетачиваются еще не изношенные и работоспособные боковые режущие лезвия. Это ведет к нерациональному расходованию дорогостоящих инструментальных материалов, уменьшает стойкость головки и увеличивает расходы за счет более частой переточки и неизбежной остановки и простоя зуборезных станков.

Эту проблему можно решить,используя зуборезную головку с равной стойкостью боковых и вершинных режущих лезвий. Особенностью этой головки является то, что в ней, дополнительно к стандартным резцам, работающим и боковыми и вершинными режущими лезвиями, установлены чередующиеся через один со стандартными специальные резцы, работающие только вершинными режущими лезвиями.

Cтандартные резцы обрабатывают и эвольвентную часть зуба колеса и основание зуба колеса, а специальные резцы обрабатывают основание зуба колеса.

Cпециальные резцы имеют на вершине радиусную часть или упрочняющую фаску с выходом на боковое режущее лезвие, которое обязательно должно иметь место в специальных резцах, в том числе и как резерв для переточки зубьев по торцу.Отметим следующее. Зуборезная отличается от обычных режущих инструментов [1,2] (концевых фрез, торцовых фрез, цилиндрических фрез) более сложной кинематикой резания. При обработке зубьев конического колеса зуборезная головка вращается и описывает движение обкатки в результате перемещения рабочего хода люльки зуборезного станка. Время рабочего хода люльки равно времени обработки одной стороны зуба колеса;после этого колесо поворачивается на расчетное число зубьев. То есть имеет место особенность, специфика нарезания конических колес, cвязанная со взаимным обкаточным движением резцов головки и зубьев колеса; cначало обрабатывается эвольвентная часть зубьев колеса боковыми режущими лезвиями стандартных резцов головки, а уже потом обрабатывается основание вершинными режущими лезвиями этих же стандартных резцов. Несмотря на то, что основание зуба по протяженности меньше эвольвентной части зуба, его обработка происходит напряженно, с выделением большого количества теплоты, а теплота является основной причиной износа резцов. Поэтому имеет место следующее направление увеличения стойкости вершин резцов

[3,4 ], основанное на изменении кинематики станка. При обработке основания зуба колеса скорость резания в результате изменения кинематики станка уменьшается, и вследствие этого уменьшается теплота резания; при этом стойкость вершинного режущего лезвия приближается к стойкости бокового режущего лезвия.

Зуборезная головка с равной стойкости боковых и торцовых режущих лезвий решает задачу равностойкости путем изменения конструкции инструмента, а не изменения конструкции станка [3,4 ].

На рис.1 представлена зуборезная головка с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий, когда в работе резания находится стандартный резец, а специальный резец вышел из резания.

На рис.1: 1- корпус зуборезной головки; 2 – винты крепления; 3 –державка стандартного резца, к которой припаивается режущая твердосплавная пластина 5, обрабатывающая методом обкатки и эвольвентную часть зуба и основание зуба колеса; 4 – державка специального резца, к которой припаивается режущая твердосплавная пластина 6, обрабатывающая методом обкатки основание зуба колеса; 7- эвольвентная часть зуб колеса; 8-основание зуба колеса; Ra –радиус окружности вершин зубьев колеса в среднем сечении; Rакт –радиус начала активного, эвольвентного профиля зуба колеса; Rf –радиус окружности оснований (впадин) зубьев колеса.

На рис.2 представлена зуборезная головка с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий, когда в работе резания находится специальный резец,обрабатывающий основание, а стандартный резец вышел из резания. На рис.2 обозначения такие же, как и на рис.1, в том числе: Ra –радиус окружности вершин зубьев колеса в среднем сечении; Rакт –радиус начала активного, эвольвентного профиля зуба колеса; Rf –радиус окружности оснований (впадин) зубьев колеса.



На рис.3 представлены схемы сечений стружек: 1- cхемы сечений стружек стандартными резцами; 2- cхемы сечений стружек специальными резцами.

Здесь необходимо отметить следующее важное обстоятельство. Известны зуборезные головки с раздельной схемой обработки для нарезания зубьев с поднутренным основанием, в которых кроме стандартных резцов установлены специальные резцы [3,4]. Такая головка с раздельной схемой обработки представлена на рис.4

На рис.4: 1- корпус зуборезной головки; 2 – винты крепления; 3 –державка специального резца, к которой припаивается режущая твердосплавная пластина 5, обрабатывающая методом обкатки и эвольвентную часть зуба и основание зуба колеса; 4 – державка специального резца, к которой припаивается режущая твердосплавная пластина 6, обрабатывающая методом обкатки основание зуба колеса; 7- эвольвентная часть зуб колеса; 8-основание зуба колеса; Ra –радиус окружности вершин зубьев колеса в среднем сечении; Rакт –радиус начала активного, эвольвентного профиля зуба колеса; Rf –радиус окружности оснований (впадин) зубьев колеса; R1 –расстояние вершины режущей твердосплавной пластины специальных резцов от оси головки (стандартное расстояние); R2 – расстояние вершины режущей твердосплавной пластины стандартных резцов от оси головки (R1 > R2); Н – разность вылетов стандартных и специальных резцов; α – угол профиля специального резца (отличный от стандартного).

Зуборезные головки с раздельной схемой обработки предназначены для нарезания зубьев конических колес с поднутренным основанием; это специальные головки. Cпециальные резцы в этих головках имеют угол профиля отличный от стандартного, по этой причине эти головки не могут обрабатывать зубья стандартных колес; стойкость специальных резцов в 3-4 раза меньше стандартных, так как они несут большую нагрузку. В этих головках и не ставится задача получения равностойкости, а ставится задача получения оптимальной геометрии поднутренного основания зубьев.

На рис.5 представлены схемы сечений стружек для зуборезной головки с схемой обработки: 1- cхемы сечений стружек стандартными резцами; 2- схемы сечений стружек специальными резцами.

Зуборезная головка с равной стойкости боковых и торцовых режущих лезвий на рис.1 и на рис.2 обрабатывает стандартные колеса и отличается от стандартной головки тем, что в ней дополнительно установлены специальные резцы, которые помогают стандартным резцам головки обрабатывать основание зубьев. То есть основание зубьев обрабатывает в два раза больше режущих лезвий и стойкость боковых и вершинных режущих лезвий выравнивается и становится примерно одинаковым, а стойкость головки в целом увеличивается примерно в два раза и становится равным стойкости боковых режущих лезвий.

Анализ стойкости зуборезной головки с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий проведен в институте «Гипроуглемаш» в производственных условиях на зуборезном станке мод. 528С при получистовом нарезании конических колес с припуском 0,8 мм под чистовую обработку. Использовали стандартную зуборезную головку типа ЭНИМС с номинальным диаметром 457,2мм (18”), в которой поочередно установлены 12 стандартных и 12 специальных резцов. То есть головка отличается от стандартной тем, что в ней дополнительно установлены специальные резцы меньшей высоты, равной высоте cтандартного основания зуба колеса.

Высота основания равна h=0,3۰m и расчитывыается по среднему диаметру биэквивалентных цилиндрических колес Z1э,Z2э по формуле Z1э =Z1 / Cos ω3 ۰ Cos γ1 ; Z2э =Z2 / Cos ω3 ۰ Cos γ2 , где: m –величина модуля, это отношение шага зацепления к числу π; Z1 – число зубьев конической шестерни; Z2 –число зубьев конического колеса;

Z1э – число зубьев биэквивалентной цилиндрической шестерни; Z2э – число зубьев биэквивалентного цилиндрического колеса; ω – угол наклона зубьев колес; γ1 – угол делительного конуса конической шестерни; γ2 – угол делительного конуса конического колеса.

Головка односторонняя, способ нарезания – встречный. Параметры нарезаемых колес: m=13,5 мм – величина модуля; Z1=12-15 – число зубьев конической шестерни; Z2=20-25 – число зубьев конического колеса; В =70 мм – ширина зучатых венцов; V =90-130 м/мин – скорость резания; t =12-20c. Резание происходило без применения СОЖ. Угол наклона зубьев равен нулю (колеса типа Зерол).Колеса изготавливались из стали 20Х2Н4А твердостью 197- 241 НВ. Критерий затупления резцов f=0,3мм по задней поверхности; режущие пластины из твердого сплава ВК10 ОМ, припаянные к державке припоем Л63.

Результаты замеров статистически обработаны [ 7 ] и сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Cтойкость режущих лезвий Тр в зависимости от t и V

Cтойкость боковых и вершинных режущих лезвий,Тр,час Время обработки одной стороны зуба,t,c Cкорость резания, V, м/мин

27,9

20

110

21,0

15

110

16,8

12

110

42,5

20

90

19,5

20

130

Стандартная зуборезная головка при обработке среднелегированных сталей имеет стойкость примерно 14 часов. Из таблицы 1 видно, что испытуемая головка имеет стойкость примерно в два раза больше стандартной при рекомендуемых режимах резания t =20с, V=110м/мин для среднелегированных сталей [ 8 ]. Другие строки таблицы соответствуют другим режимам резания и других сталей, которые всегда имеют место в технологических процессах

технологических предприятий.

В начальной стадии процесса резания (когда все резцы головки острые) нарезаемые колеса имеют 8-ю степень точности с шероховатостью поверхности Rz=10-15мкм.

Степень кинематической точности по биению зубчатого венца определялась на приборе

ЧЗМИ, степень плавности работы по отклонению окружного шага определялось шагомером БВ-5044. Степень точности по шероховатости определялась по эталонам шероховатости. В конце периода стойкости по критерию величины фаски износа на задней поверхности f=0,3 мм степень точности из 8-ой частично, по некоторым показателям, переходила в 9-ую. После затупления резцы по боковым режущим лезвиям и по вершинным режущим лезвиям перетачивались вне корпуса фрезы в специальном приспособлении на плоскошлифовальном станке алмазными кругами. Величина затупления резцов определялась с помощью лупы Бринелля непосредственно на станке после его остановки.

На основании табл.1 c использованием
[ 7 ] была выведена эмпирическая формула стойкости зуборезной головки с равной стойкости боковых и вершинных режущих лезвий на базе степенных функций

Т= С· t x / Vy ,

где: Т – стойкость боковых и вершинных режущих лезвий (час); t – время обработки одной стороны зуба колеса(с); V – cкорость резания (м/мин); C=30600 – безразмерная эмпирическая постоянная; x,y – эмпирические коэффициенты: x=0,96 и y=2,1.

Численный пример. Найти стойкость Т при t= 20 с, V=130 м/мин.

Т= 30600· 20 0,96 / 1302,1 =19,5 чac.

На основании табл.1 c использованием
[ 7 ] был построен эмпирический график, представленный на рис.6, где Т – стойкость боковых и вершинных режущих лезвий (час); V- скорость резания (м/мин); t – время обработки одной стороны зуба (с).

Равностойкость боковых и вершинных режущих лезвий резцов в зуборезной головке с равной стойкостью боковых и вершинных режущих лезвий является приблизительной и может незначительно нарушаться в ту или в другую сторону при изменении режимов резания или допусков на биение режущих лезвий стандартных и специальных резцов. Восстановление равностойкости режущих лезвий резцов в головке может осуществляться изменением при переточке величин радиусов закругления вершин резцов. Заметим, что точно, c небольшими колебаниями установить равностойкость можно только при установившемся технологическом процессе, характерном для массового и крупносерийного производства.



ВЫВОДЫ

Основное назначение зуборезной головки с равной стойкостью боковых и вершинных режущих лезвий состоит во внедрении ее в производство, так как эта головка, наряду с экономией инструментального материала, имеет стойкость режущих лезвий при типовых режимах резания ориентировочно в два раза больше по сравнению со стандартной.


Библиографический список
  1. Патент на полезную модель 125502 РФ МПК 7 В23В 27/16 Концевая фреза повышенной стойкости. Авторы Черкашин В.П., Водилов А.В. Опубликовано в бюллетене №7 2013.
  2. Черкашин В.П., Водилов А.В. Анализ неравномерности фрезерования концевой фрезой с равной стойкостью боковых и торцовых режущих лезвий с помощью компьютерного моделирования. Электронный журнал Современная техника и технологии.Июнь, 2012.
  3. Силкин В.П. Cтабилизация сил и температуры резания при черновой обработке конических колес    с круговыми зубьями// Станки и инструмент.-1984.- №7.-с.36-37.
  4. Силкин В.П. Черновая обработка конических колес с переменной скоростью резания// Вестник машиностроения.-1981.- №9.-с.26-27.
  5. Черкашин В.П. Выбор параметров зуборезной головки с раздельной схемой обработки// СТИН.-2006.- №12.-с.14-16.
  6. Черкашин В.П. Стойкость зуборезной головки для нарезания конических колес// СТИН.-2003.-
  7. №6.-с.33-35.
  8. Яковлев К.П. Математическая обработка результатов измерений.-М.-Л. Госуд. Издательство научно-технической литературы.1950. 388 c.
  9. Cправочник металлиста. В 5т.// Е.Д. Баклунов, А.К. Белопухов, М.И. Жебин и др. Под ред. А.Н. Малова.-М.: Машиностроение. 1977.Том 3.-748 c.


Все статьи автора «Водилов Андрей Валерьевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: