CC BY
2
УДК 621
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-440-441
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС МЕТОДОМ ШЕВИНГОВАНИЯ
А.О. Чечуга
В работе рассмотрен процесс шевингования, его особенности и достоинства. Описаны конструктивные особенности инструмента шевера, а также различные методы шевингования, применяемые для обработки зубчатых колёс различной конфигурации. Проанализированы способы повышения эффективности обработки зубьев с помощью дискового шевера. Представлена технология и схема обработки зубчатых колёс шевингованием-прикатыванием.
Ключевые слова: шевингование, шевер, параллельность осей, внеполюсное зацепление, шевингование-прикатывание.
Процесс шевингования является высокоэффективной обработкой зубчатых колёс, позволяющей добиваться высокой степени точности обрабатываемой поверхности зубьев. Данный метод механической обработки зубчатых колёс был разработан и внедрен американской компанией National Broach в 30-х годах XX века, а в 1936 году впервые был применен в России на Московском автомобильном заводе имени Сталина для изготовления элементов коробок передач.
Шевингование представляет собой удаление металла с поверхности изделия путем механического воздействия режушдх граней инструмента по средствам создания зубчатой пары представлен на рис.1. Зубья шевера входят в зацепление с зубьями необработанного колеса, после чего, под действием вращения, создаваемого станком, инструмент срезает слои металла заготовки до требуемых параметров изделия [1].
Достоинствами данного процесса обработки являются высокая точность изготавливаемого изделия и производительность самой обработки. Во многих случаях необходимость шлифования полученных зубьев колеса пропадает, поскольку, при точном соответствии технологических параметров процесса обработки расчётным, шероховатость поверхности отвечает поставленным требованиям [2].
Существует несколько видов обработки шевингованием:
- Реечным шевером;
- Червячным шевером;
- Дисковым шевером: с тангенциальной, диагональной, осевой подачей, а также с точкой скрещивания на торце шевера.
Обрабатываемое колесо Рис. 1. Процесс шевингования зубчатого колеса дисковым шевером
Результатом применения процесса шевингования является уменьшение кинематической погрешности от 15% до 20%, а циклической погрешности на зуб, в среднем, на 50% [3].
Шевингование зубчатых колёс при параллельных осях методом принудительного обката представляет собой процесс, при котором обработка ведётся только по одной стороне профиля зуба. Для осуществления данной технологии применяется шевер типа "долбяк". Главное его отличие заключается в переднем угле при вершине, который может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Задний же угол отсутствует, поскольку кромка шевера при вершине не учувствует в процессе обработки.
В ходе исследований было установлено, что для наилучшего нарезания зубьев необходим шевер с передним угол равным -30° и задним углом в диапазоне от 2 ° до 4° [4].
Значение осевой подачи выбирается на основании требований к шероховатости поверхности изделия.
С целью уменьшения величины отклонений профиля зуба шевера от эвольвенты используют угловое корригирование, которое состоит в том, что, в зависимости от значений переднего угла, профильный угол исходного контура рейки боковой поверхности шевера берется либо большим, либо меньшим [5].
Для обработки зубчатых колёс работающих при параллельных осях и имеющих ширину венца больше 20 мм необходимо высокие радиальные усилия. Для обеспечения данного процесса обработки ширина зубчатого венца шевера принимается меньше ширины венца колеса, а направление режущих кромок на сторонах зубьев шевера необходимо сделать противоположной. Весь процесс происходит при продольной подаче.
Шевингование-прикатывание прямозубых цилиндрических колёс происходит следующим образом: инструмент находится в беззазорном зацеплении с заготовкой, а обработка ведется с периодической радиальной подачей. Процесс обработки включает в себя поворот инструмента в прямом и обратном направлениях на количество оборотов соответствующее зубьям колеса.
Для чистовой обработки цилиндрических колёс с круговыми зубьями используют различные специальные инструменты:
Технология и оборудование механической и физико-технической обработки
- В виде резцовой головки, торец корпуса которого содержит группы резцов со спиральным расположением. Главным недостатком данного инструмента является необходимость применения дополнительной абразивной обработки для придания требуемого уровня шероховатости изделия.
- В виде дискового шевера, режущие кромки которого расположены на боковых эвольвентных поверхностях зубьев со смещением исходного контура. Недостатком инструмента является его узкая специфика применения, а также ограниченные технологические возможности [6].
- В виде зубчатого колеса с режущими кромками на боковых поверхностях зубьев.
Третий вид инструмента позволяет исключить влияние зависимости конструкции от формы линии обрабатываемых зубьев. Конструкция представляет собой зубчатое колесо, боковые поверхности которого являются эвольвентами, а режущие кромки образованы пересечением боковых поверхностей зубьев и стружечной канавки.
Обработка происходит следующим образом:
1. Заготовка входит в зацепление с инструментом.
2. За счет скольжения режущих кромок инструмента по зубьям колеса, в точке контакта, происходит срезания слоя материала. Обработка осуществляется при параллельности осей инструмента и заготовки, что достигается за счет смещения режущих кромок относительно друг друга, на величину равную дельта.
3. Реверсивное прокручивание зубчатой пары с целью занятия исходного положения.
4. Сближение зубьев колеса и инструмента до полного зацепления.
5. Повторная обработка.
Количество проходов обусловлено геометрическими требованиями к конструкции обрабатываемого изделия.
Для обеспечения максимальной производительности процесса обработки необходимо соблюдать отсутствие общих множителей между числами зубьев инструмента и колеса.
Существует несколько способов нарезания круговых зубьев зубчатых колёс:
- Инструментом в виде двух планшайб с режущими элементами, расположенными равномерно по окружности выступов. Планшайбы вращаются со сдвигом фаз на угол, имеющий обратную зависимость от числа выступов впадин. Данный способ подходит исключительно для обработки бочкообразных зубьев с линией отличной от дуги окружности.
- Инструментом со спиралевидной поверхностью под прямым углом к заготовке методом непрерывного деления. Подача инструмента осуществляется вдоль оси обрабатываемого колеса. Данный метод не подходит для обработки симметричных круговых зубьев [7].
- Методом свободного обката, при котором зацепление между шевером и зубчатым колесом выполнено неполосным образом. Обработка ведется с радиальной подачей определённой периодичности после нескольких рабочих циклов. При данной методике существует ограничение, связанное с минимальным количеством зубьев колеса, поскольку невозможно выполнить условие внеполюсного зацепления, что обусловлено геометрией режущих зубьев, а именно их заострением.
Для обработки колёс с малым числом зубьев применяют метод свободного обката с внеполюсным зацеплением. Процесс обработки осуществляется с периодической радиальной подачей после нескольких рабочих циклов [8].
Инструмент, применяемый в ходе данной обработки, имеет ряд особенностей:
- Единственный общий множитель числа зубьев инструмента и обрабатываемого колеса является единицей;
- Зубья инструмента могут иметь либо арочную, либо круговую форму;
- Режущие кромки зубьев располагаются на плоском производящем колесе.
Сам инструмент представляет собой плоское производящее колесо, закреплённое гайкой на оправке цилиндрической формы.
Обработка цилиндрических зубчатых колёс методом шевингования-прикатывания подходит для заготовок, изготовленных с помощью литья, механообработки, пластической деформации и другими способами.
На рис.2 на цилиндрической оправке 2 установлен инструмент 1, зафиксированный гайкой 3. Колесо 4 свободно установлено на оправку 5 и введено в беззазорное зацепление с самим инструментом, который сообщает вращательное движение в обоих направлениях.
Чтобы обработка боковых поверхностей зубьев обеспечивалась по всей длине, необходимо выполнить два условия:
1. Режущие кромки соседних зубьев, смещенные относительно друг друга, должны быть образованы пересечением между боковыми поверхностями зубьев и винтовыми поверхностями стружечной канавки.
2. Отсутствие общих множителей количества зубьев заготовки и инструмента.
В процессе обработки инструмент и колесо совершают количество оборотов равное число зубьев друг друга. Врезание происходит под углом 90 ° на глубину 0,03.. .0,05 мм. Полный цикл обработки состоит из 4 или 5 рабочих циклов.
Для максимальной эффективности обработки и высокой производительности число зубьев инструмента должно иметь максимально возможное значение, а диаметр начальной окружности колеса должен быть за пределами активного участка профиля, чтобы соблюдать внеполюсное зацепление.
Поскольку обработка круговых зубьев является сложным процессом, требующим высоких параметров точности и эффективности инструмента, процесс обработки цилиндрических зубчатых колёс методом шевингова-ния-прикатывания является перспективным объектом для исследований. Технология изготовления подобного инструмента требует детальной проработки и расчёта эффективности средств ее осуществления. Новые подходы позволят сократить себестоимость изготовления шевера-прикатника, и, как следствие, удешевить процесс обработки круговых зубьев цилиндрических колёс.
Наиболее перспективным способом является комбинированная обработка фрезами различного диаметра под углом к оси инструмента.
Список литературы
1. Козлов Д.Н. Шевингование. Учебное пособие для индивидуальной и бригадной подготовки рабочих на производстве. Изд. 2-е, переработ. и доп. М.: «Высш. школа», 1967. 144 с.
2. Козлов Д.Н. Шевинговальщик. Профтехиздат, 1962. 146 с.
3. Родин П.Р. Технология изготовления зуборезного инструмента. К.: Техника, 1982. 208 с.
4. Маликов А.А. Основы высокоэффективной технологии обработки зубьев цилиндрических колёс: монография. Тула: Изд-во ТулГ, 2008. 271 с.
5. Болтовская Т.П., Болтовский И.А. Справочник по корригированию зубчатых колес. М.: Машиностроение, 1967. 240 с.
6. Болтовский И.А. Справочник по геометрическому расчету эвольвентных зубчатых передач: справоч-ник.М.: Машиностроение, 1986. 448 с.
7. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975. 344 с.
8. Тайц Б.А. Производство зубчатых колес. Справочник. Машгиз, 1963. 684 с.
Чечуга Антон Олегович, аспирант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
RESEARCH OF THE PROCESS OF PROCESSING GEARS BY THE SHEVING METHOD
A.O. Chechuga
The work discusses the shaving process, its features and advantages. The design features of the shaver tool are described, as well as various shaving methods used for processing gears of various configurations. Methods for increasing the efficiency of tooth processing using a disk shaver are analyzed. The technology and scheme for processing gears by shaving and rolling are presented.
Key words: shaving, shaving, parallelism of axes, non-polar engagement, shaving-rolling.
Chechuga Anton Olegovich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
