CC BY
19
УДК 621.914.7
Модернизация зубофрезерного станка для обработки долбяков с установкой гидравлической следящей системы
Ю. А. Ведерников, Р. М. Хисамутдинов, Р. Р. Маликов
Описан способ модернизации универсального зубофрезерного станка, повышающий производительность изготовления детали типа долбяк. Концепция модернизации заключается в быстрой переналадке посредством смены копира. При этом сохраняются все настройки для обработки цилиндрических и косозубых колес — достаточно установить копир с прямым профилем. Авторы способа получили патент Российской Федерации на изобретение № 2508969, МПК B23F5/20.
Ключевые слова: зубофрезерный станок, модернизация, долбяк.
Сегодня существует несколько способов фрезерования зубьев зуборезных долбяков. Основным и самым производительным методом обработки впадин зубьев является зубо-фрезерование червячными фрезами. Для получения боковых задних углов по профилю зуба долбяка фреза должна перемещаться под углом а к оси заготовки — это достигается путем модернизации станка. В цепь, связывающую вертикальное движение фрезы и радиальную подачу стола, вместо колес 1 и 2 (рис. 1, а), встраивают гитару сменных колес а и Ь (рис. 1, б), которые обеспечивают постоянную радиальную подачу заготовки к ин-
а)
струменту — за счет этого обеспечивается угол а при обработке. Данная схема модернизации станка используется на большинстве предприятий, выпускающих зубодолбежные инструменты.
Радиальная подача осуществляется от электродвигателя через кинематическую цепь, имеющую в своем составе порядка 10 зубчатых звеньев, представляющую собой динамическую систему с инерционными массами, упругими элементами в виде валов и участков контактов зубьев.
Динамическую систему кинематической цепи радиальной подачи можно разделить на
Я1?/?
а б
Рис. 1. Кинематическая схема зубофрезерного станка до (а) и после (б) модернизации
двухмассовые подсистемы (рис. 2), для каждой из которых справедливы дифференциальные уравнения [1]:
Мкр — крутящий момент на выходе кине-
Г ^1Ф? + СДФГ + Я:(ДФ) = МК1; |у2<гё + САф" + ^(Аф) = -Мк2,
(1)
где Jl и J2 — моменты инерции зубчатых колес 1 и 2; ф1 — угол закручивания первой массы; ф2 — угол закручивания второй массы; С — коэффициент демпфирования; К — приведенный коэффициент жесткости промежуточного вала и зубьев колеса; Мк1, Мк2 — крутящие моменты, приложенные соответственно к первой и второй массам.
При малых скоростях радиальной подачи возникает скачкообразное движение. Скачок Ах [2]:
(2) (3)
где — сила трения покоя; — сила трения движения; Н — приведенная податливость системы,
Н = ^.ц^
(4)
где Нк.ц — податливость кинематической цепи радиальной подачи,
и _^Роб.
«•к.II — , , 5
м
(5)
матической цепи,
М КР 271 '
(6)
Р — радиальная сила резания; — шаг ходового винта радиальной подачи; Нв — податливость ходового винта.
Крутильная податливость ходового винта в значительной мере зависит от диаметра и свойств материала. Исходя из этого, можно сделать вывод, что скачки при перемещении стола главным образом зависят от податливости кинематической цепи радиальной подачи, что в значительной степени влияет на точность обработки.
Для решения заданной задачи разработана схема модернизации станка. Стол имеет радиальное перемещение по копиру, закрепленному на станине и связанному жестко со шпиндельной бабкой. По копиру перемещается следящее устройство, которое управляет гидроцилиндром, перемещающим стол [6, 7].
Схема (рис. 2) содержит одноштоковый гидроцилиндр, прикрепленный жестко корпусом к столу. Стол с заготовкой перемещается по направляющим. Золотниковый гидрораспределитель прикреплен к столу на специальной плите. Копир, соединенный стержнем со шпиндельной бабкой, имеет вертикальное и горизонтальное перемещение по станине станка.
кр
Риг. 2. Кинематическая схемя стянкя
Однокромочный золотниковый гидрораспределитель, щуп которого перемещается по копиру, открывая и закрывая заслонку, заставляет гидроцилиндр двигаться плавно и равномерно, обеспечивая перемещение стола при радиальной подаче без скачков. При такой схеме не нужны дополнительные кинематические цепи, дающие жесткое перемещение стола в радиальной подаче.
Модернизированный зубофрезерный станок [5] имеет следующую компоновку. На станине 1 по направляющим перемещается стойка 2 с заготовкой. На задней части стойки при помощи четырех болтов крепится корпус одноштокового гидроцилиндра 3. Шток гидроцилиндра при помощи фланца крепится к опорной стойке 4 шестью болтами. Опорная стойка жестко прикреплена к станине станка. Копир 5 закреплен на суппорте, перемещающемся по горизонтальным направляющим через винтовую пару. Винт запрессован в подшипник опоры 6. На конец винта при помощи гайки крепятся лимб и штурвал 7 для ручного перемещения. Вертикальное перемещение осуществляется при помощи движения шпиндельной бабки 8, соединенной жестким стержнем 9 с суппортом горизонтальных направляющих 10. Золотниковый распределитель 11 крепится к опорной плите четырьмя болтами, щуп которого перемещается по копиру. Плита 12, на которой находится распределитель, прикреплена к стойке болтами.
Рабочая жидкость перемещается по металлическому трубопроводу 13, соединяющему гидроцилиндр с распределителем. Для отвода стола с заготовкой на корпусе золотника установлена рукоятка 14, которая перемещает золотник в ту сторону, в которую надо переместить стол.
Установленное оборудование работает следующим образом.
Настройка станка производится в стандартном порядке. Устанавливают копир соответствующей обрабатывающей заготовки либо специальное настраиваемое устройство для настройки нужного угла обработки. Включают шестеренный насос для подачи давления в гидросистему. Стол с заготовкой подводится ручной подачей на нужное расстояние для снятия припуска. Чем больше расстояние от левого края до копира, тем больше диаметр заготовки. После того как началась обработка, шпиндельная бабка медленно совершает вертикальное движение, передаваемое через стержень копиру. Копир отклоняет щуп зо-
Рис. 3. 3Б-модель зубофрезерного станка 5К324
лотника в левую сторону, открывая щель, через которую падает давление в гидроцилиндре, и стол совершает медленное плавное движение в ту же сторону.
Выводы
1. В результате модернизации зубофрезер-ного станка, появляется возможность повышения производительности изготовления детали типа долбяк.
2. Данная концепция модернизации станка позволяет произвести быструю переналадку посредством смены копира. При этом сохраняются все настройки для обработки цилиндрических и косозубых колес. Для этого достаточно установить копир с прямым профилем (рис. 3).
Литература
1. Ведерников Ю. А., Хисамутдинов Р. М. Станочные системы: учеб. пособие. Набережные Челны: Изд-во КНИТУ КАИ, 2014. 158 с.
2. Ведерников Ю. А., Хисамутдинов Р. М. Технологическое оборудование машиностроительного производства: учеб. пособие в 2 ч. Ч. 1. Описание конструкции и наладки. Набережные Челны: Изд-во КНИТУ КАИ, 2014. 285 с.
3. Ведерников Ю. А., Хусаинов Р. М., Хисамутдинов Р. М. Анализ динамических ошибок и модернизация привода радиальной подачи зубофрезерных станков / / Проектирование и исследование технологических систем: межвузов. сб. 2011. № 3. С. 68-71.
4. Патент № 131323 Российская Федерация. МПК В23В51/00. Сверло с переменным шагом винтовой стружечной канавки / Ю. А. Ведерников, Р. М. Хусаинов, Д. В. Емельянов, Р. М. Хисамутдинов № 2013113040/02; заявл. 22.03.2013; опубл. 20.08.2013, бюл. № 23; приоритет 22.03.2013.
5. Патент № 2508969 Российская Федерация. МПК Б23Е5/20. Универсальный зубофрезерный станок./ Р. М. Хисамутдинов, Ю. А. Ведерников. № 2012127668; заявл. 02.07.2012; опубл. 10.03.2014, бюл. № 7; приоритет 02.07.2012.
6. Пашков М. В., Хисамутдинов Р. М. Факторы технологической системы, влияющие на точность зубооб-работки: Сб. ст. междунар. науч.-практ. конф. «Новые технологии наукоемкого машиностроения: приоритеты
развития и подготовка кадров». Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2013. С. 112-116.
7. Пашков М. В., Хисамутдинов Р. М. Анализ погрешностей, возникающих на операциях зубофрезеро-вания: Сб. ст. междунар. науч.-практ. конф. «Новые технологии наукоемкого машиностроения: приоритеты развития и подготовка кадров». Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2013. С. 117-121.
УДК 621.9.019
Образование и износ оксидных пленок на шлифованных стальных поверхностях
И. П. Никифоров, В. В. Иванов, И. В. Барсук
Показано влияние тепловой напряженности в зоне шлифования на динамику роста оксидных слоев и количество микроприжогов. Разработан метод идентификации оксидных пленок на основе анализа GRB-цветового изображения шлифованной поверхности. Аргументированы известные и предложены новые технологические методы повышения износостойкости пар трения.
Ключевые слова: шлифование, тепловая напряженность, прижог, износостойкость.
В процессе шлифования в локальных зонах контакта единичных абразивных зерен с обрабатываемой поверхностью температура может достигать 1200-1500 °С. В результате происходят неуправляемые химические реакции, фазовые превращения и на поверхности заготовки появляются прижоги, микротрещины, внутренние напряжения.
Прижоги бывают видимыми и невидимыми [3]. Принято считать, что видимые прижоги в большинстве случаев можно обнаружить невооруженным глазом, так как признаком их наличия являются цвета побежалости — следствие образования оксидных пленок, толщина которых составляет сотые доли микрометра. На шлифованных поверхностях отдельные видимые прижоги могут занимать площади в несколько десятков и сотен квадратных миллиметров.
Окисление стальных изделий при шлифовании и в ходе эксплуатации — это процесс: • хемосорбционный, характеризующийся быстротечными реакциями на ювенильных поверхностях [2];
• диффузионный, зависящий от температуры;
• экзотермический, сопровождающийся выделением теплоты;
• самотормозящий, снижающий динамику роста оксидных пленок по логарифмическому (при температурах до 400 °С) либо по параболическому (при температурах 500-1100 °С) законам [1].
Целями экспериментальных исследований являются установление степени влияния тепловой напряженности в зоне шлифования на образование и рост оксидных пленок и анализ износа оксидных слоев в условиях трения.
Известно, что температура в зоне резания зависит от множества факторов, в число которых входят режимы шлифования. Наибольшее влияние из них оказывает глубина резания. Поэтому в качестве влияющего фактора при планировании эксперимента плоского шлифовании выбрана вертикальная подача за двойной ход. Остальные условия эксперимента оставались неизменными.
