CC BY
8
УДК 621.83
НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ШЕВИНГОВАНИЯ - ПРИКАТЫВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
А. А. Маликов, А.В. Сидоркин, М.Л. Разуваев, Н.С. Смолянинов
Рассмотрен ряд особенностей проектирования средств технологического оснащения, предназначенных для осуществления экспериментальных исследований тепловыделения в процессе комбинированной (режуще-деформирующей) чистовой зубооб-работки цилиндрических колес шевингованием-прикатыванием. Выработаны рекомендации по выбору оптимальных решений, обеспечивающих достаточно высокое качество данных, получаемых в ходе экспериментов.
Ключевые слова: оснастка, термометр сопротивления, шевингование-прикатывание, температура, станок с ЧПУ.
При решении задач, связанных с измерением температуры режущих зубьев специального комбинированного (режуще-деформирующего) инструмента, в процессе чистовой обработки венцов цилиндрических зубчатых колес шевингованием - прикатыванием [1], необходимо учитывать, что он будет считаться эффективным в условиях производства зубчатых колес с большим объемом выпуска [2]. Естественно, для осуществления рассматриваемого процесса при таком типе производства необходимо применение специализированных станков-автоматов (в крайнем случае, полуавтоматов), обладающих, в частности, большой жесткостью [3, 4]. Для обработки небольших партий заготовок в лабораторных или опытно-промышленных условиях вполне может быть использован универсальный токарно-винторезный станок (например, модели 16К20) [5].
Однако более эффективным решением, нацеленным на проведение подобных экспериментальных исследований, можно считать применение токарного станка с ЧПУ (например, модели 16К20Ф3), оснащенного многопозиционной револьверной головкой и обладающего, при этом, достаточной жесткостью [6]. Такое решение при использовании типовых конструкций технологической оснастки, задействованной при обработке мелко-и среднемодульных зубчатых колес, обладающих небольшими ширинами венца и числами зубьев, позволяет револьверной головке играть роль своеобразного магазина-накопителя.
Последовательная обработка партии колес, численность которой соответствует, как правило, числу позиций револьверной головки, осуществляемая в рамках замкнутого цикла по программе, позволяет добиться
254
соблюдения заранее определенного жесткого временного регламента. Что, в свою очередь, повышает точность и достоверность результатов измерений, проводимых для объектов и процессов, обладающих относительно небольшой тепловой инерционностью.
Процесс обработки цилиндрических зубчатых колес шевинговани-ем-прикатыванием заключается в совместной обкатке инструмента и заготовки, находящихся в беззазорном зацеплении друг с другом [1, 2]. При этом инструментальная оправка с шевером-прикатником устанавливается в трехкулачковый самоцентрирующий клиновой патрон, оснащенный электромеханическим приводом зажима, а приспособление - державка, предназначенная для установки зубчатого колеса во время обработки, закрепляется в револьверной головке станка.
Как следует из вышесказанного - одним из главных элементов технологического оснащения рассматриваемой системы является оправка (рис. 1), на конструкции которой необходимо остановится подробнее.
Рис. 1. Эскиз оправки в сборе
Нагрев режущих зубьев инструмента вызывает изменение (увеличение) сопротивления термометра ТЭП 018, подключенного к преобразователю «сопротивление-напряжение» [4]. При этом передача электрического сигнала от чувствительного элемента термометра к преобразователю, осуществляется посредством установленных на корпусе оправки изолированных токосъемных колец на неподвижные изолированные токосъемники, размещенные, в свою очередь, кронштейне, смонтированном на технологическом оборудовании.
Для рассматриваемого случая необходимо проведение измерений температуры в двух диаметрально противоположных точках инструмента. Это требует применения двух плоских термометров сопротивления. Нетрудно догадаться, что наличие гальванической связи между двумя двух-
255
проводными каналами измерения является недопустимым. Следовательно, корпус оправки (рис. 2) должен быть оснащен посадочной поверхностью, позволяющей производить установку четырех токосъемных колец в сборе с изоляторами.
Рис. 2. Фотография оправки в сборе
Процедура установки термометров сопротивления на оправку рассмотрена подробно в [4, 5], поэтому здесь не приводится.
Наиболее ответственная деталь оправки - ее корпус (рис. 3), имеющий ряд ответственных посадочных поверхностей. Хвостовик оправки, предназначенный для зажима ее в патроне, выполнен по 6-му квалитету точности. Его радиальное биение, а также биение базового торца, относительно оси центров не должны превышать 0,01 мм. При этом шероховатость указанных рабочих поверхностей должны быть Яа=0,8 мкм. Для корпуса предусмотрена закалка до 41,5...46,5 ИЯСэ, позволяющая добиться высоких эксплуатационных характеристик. Материал корпуса - сталь 40Х ГОСТ 4543-71. Гладкая цилиндрическая посадочная поверхность, предназначенная для установки инструмента - шевера-прикатника, должна быть также выполнена по 6-му квалитету точности. К посадочной цилиндрической и базовой торцовой поверхностям предъявляются высокие требования по допускам радиального и торцового биения, находящимся в пределах 0,01 мм. При этом измерительной базой является мнимая ось вращения оправки, которая материализуется посредством двух центровых отверстий. Шероховатость рассматриваемых поверхностей должна соответствовать Яа=0,8 мкм.
Для обеспечения малых величин несоосности и торцевого биения токосъемного кольца цилиндрическая поверхность, на которую производится посадка его изолятора, выполняется по седьмому квалитету точности. Шероховатость данной, а также примыкающей к ней торцовой поверхности должна соответствовать Яа=1,6 мкм. Цилиндрическая поверхность, предназначенная для установки токосъемных узлов, выполнена достаточно протяженной. Ее свободный конец имеет резьбу М12. При этом на ее гладком участке (с заходом на резьбу М30) выполнен паз-канал, шириной 4 и глубиной 2 мм, предназначенный для прокладки четырех сигнальных проводов МГТФ 1х0,12 (рис. 3 и рис. 1).
256
ю
в
jRn 3,2(71 А [убеличена] Б (увеличено}
Г гвй&ш!№тМ5
ГОСТ %03i-7i
Е (у&еличено}
т
Ti
Tl
I т
v
_!_А,
аз
Я55 ffif
Й-4
4 м
.4'/ gj
> >
§1®
В (увеличено] Г (уЙеличено1
I
4
У «f
1 Острые хронхи - притупить.
2 Мтециод заменитель - Стапь чО 50 ГОСТ 1050-88 Cwfa i 5К 50Х ГОСТ 1543-7/
^ Лимит
ЖТ 30893.1 -т.
a a о
ТО
О то a
a то
a a о
05
ТО
О/
то
a
a
то
Рис. 3. Эскиз корпуса оправки
Особенность сборки токосъемного узла рассмотрены в [5, 4]. Изоляторы, используемые в составе данной конструкции, могут быть успешно получены при помощи ЭБ-печати [7, 4].
Для реализации процесса шевингования - прикатывания на токарном станке с ЧПУ 16К20ФЭ разработана специальная конструкция приспособления для установки зубчатых колес - державка, конструкция которой приведена на рис. 4, а фотография - на рис. 5.
Рис. 4. Эскиз державки в сборе
Державка устанавливается в револьверную головку станка. При этом ее базирование производится по плоскости основания корпуса (установочная база), задней грани корпуса и сферической головке винта, размещенного в корпусе поперечно (направляющая база) и сферической головке винта, установленного продольно (опорная база). Эти два винта позволяют регулировать вылет державки и компенсировать погрешности ее углового положения в установочной плоскости. Закрепление державки в корпусе револьверной головки производится при затягивании болта, взаимодействующего со скошенной шайбой. Последняя, в свою очередь, образует со скосом корпуса державки клиновую пару.
Рис. 5. Фотография державки в сборе
258
Винты устанавливаются в корпус по мелкой резьбе, что предохраняет их от саморазвинчивания в процессе эксплуатации приспособления и обеспечивает соблюдение необходимой точности базирования при его настройке.
Базирование пальца в корпусе производится по протяженной цилиндрической поверхности (двойная направляющая база), и торцу бурта (опорная база). Палец устанавливается в корпус по точной посадке с упором в бурт и фиксируется в последнем при помощи крепежного болта и двух шайб. Для предотвращения саморазвинчивания одна из шайб выполнена пружинной разрезной. Высота цилиндрической поверхности пальца несколько меньше, чем глубина посадочного отверстия в корпусе, тем самым достигается его надежная силовая фиксация при затягивании крепежного болта.
Базирование обрабатываемого зубчатого колеса осуществляется по торцовой поверхности бурта (установочная база), короткой цилиндрической поверхности пальца (направляющая база). Колесо устанавливается на палец и фиксируется на нем при помощи шайбы, гайки и контргайки. Последняя исключает возможность саморазвинчивания при реверсировании вращения пары «инструмент - заготовка».
Корпус приспособления, эскиз конструкции которого показан на рис. 6, может быть термообработан - закален до 37,5...42,5 ИЯСэ, что позволяет добиться высоких эксплуатационных характеристик.
Рис. 6. Эскиз корпуса державки
Материал корпуса - сталь 40Х ГОСТ 4543-71. Базовое отверстие корпуса выполнено по 7-му квалитету точности, его шероховатость должна соответствовать Яа=1,6 мкм.
Палец, эскиз которого показан на рис. 7, имеет протяженную гладкую цилиндрическую посадочную поверхность, предназначенную для установки в корпус. Она выполнена по 7-му квалитету точности. При этом шероховатость ее, а также примыкающей к ней торцовой поверхности должна соответствовать Яа=\,6 мкм.
Рис. 7. Эскиз детали палец
Цилиндрическая посадочная поверхность, предназначенная для установки колеса, выполнена по 6-му квалитету точности. Ее длина выдерживается в пределах 10-го квалитета точности, тем самым обеспечивая необходимый гарантированный небольшой зазор между торцами заготовки, торцом бурта и шайбой. Последняя, в свою очередь, упирается в торец резьбовой шейки пальца. Шероховатость посадочной поверхности, а также примыкающей к ней торцовой поверхности должна соответствовать Яа=1,6 мкм. Для повышения эксплуатационных характеристик приспособления палец выполнен из антифрикционного материала - бронзы БрОФ8,0-0,3 ГОСТ 5017-74.
Список литературы
1. Маликов А. А., Сидоркин А.В., Ямников А.С. Резание и пластическое деформирование при шевинговании-прикатывании цилиндрических колес с круговыми зубьями // СТИН. 2012. №11. С. 17 - 21.
260
2. Маликов А.А., Сидоркин А.В., Ямников А.С. Динамические характеристики шевингования-прикатывания цилиндрических колес с круговыми зубьями // Технология машиностроения. 2012. №2. С. 19 - 23.
3. Маликов А. А., Сидоркин А.В. Некоторые особенности практической реализации процесса дискретной регистрации температуры вращающихся частей технологических систем // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 8. Ч. 2. С. 78 - 86.
4. Маликов А. А., Сидоркин А.В. Особенности многоканального измерения и регистрации температуры в процессе шевингования-прикатывания цилиндрических зубчатых колес // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 3. С.149 - 156.
5. Сидоркин А.В. Технологическая оснастка для измерения температуры в зоне обработки цилиндрических колес шевингованием-прикатыванием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2013. Вып. 8. С. 68 - 73.
6. Маликов А. А., Сидоркин А.В. Оценка вероятности повреждения шевера-прикатника при его вводе в зацепление с обрабатываемым колесом // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 8. Ч. 1. С. 216 - 222.
7. Использование 3Б-принтеров для прототипирования деталей изоляторов токосъемных узлов / А. А. Маликов, Н.Д. Феофилов, А.В. Сидоркин, Е.С. Янов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 8. Ч. 1. С. 17 - 23.
Маликов Андрей Андреевич, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой, andrej-malikov@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Сидоркин Андрей Викторович, канд. техн. наук, доцент, alan-a@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Разуваев Михаил Львович, преподаватель, alan-a@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный машиностроительный колледж им. Н. Демидова,
Смолянинов Никита Сергеевич, магистрант, smuffus19991@,gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
SOME ASPECTS OF DESIGN-TECHNOLOGICAL SUPPORT OF EXPERIMENTAL STUDY
OF THERMAL PHYSICAL PARAMETERS OF SHAV-ROLLING PROCESS OF CYLINDRICAL GEAR WHEELS
A.A. Malikov, A. V. Sidorkin, M.L. Razuvaev, N.S. Smolyaninov
A number of features of the design of technological equipment for the implementation of experimental studies of heat generation in the process of combined (cutting-deforming) finishing gearing of cylindrical wheels by shav-rolling. Recommendations are made on the choice of optimal solutions that ensure a sufficiently high quality of data obtained during the experiments.
Key words: rigging, resistance thermometer, shav-rolling, temperature, CNC.
Malikov Andrey Andreevich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, andrej-malikov@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Sidorkin Andrey Victrovich, candidate of technical sciences, docent, alan-a@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Razuvaev Mikhail Lvovich, teacher, alan-a@,mail. ru, Russia, Tula, N. Demidov 's Tula State Engineering College,
Smolyaninov Nikita Sergeevich, undergraduate, smuffus19991@,gmail. com, Russia, Tula State University
УДК 621.914.2
АППРОКСИМАЦИЯ ПРОФИЛЯ ЗУБА ДИСКОВОЙ ЗУБОРЕЗНОЙ МОДУЛЬНОЙ ФРЕЗЫ СПЛАЙНАМИ БЕЗЬЕ
Р.М. Грубка, А.Н. Михайлов, И.А. Петряева
Приведены зависимости аппроксимации координат точек профиля зуба дисковой модульной фрезы сплайнами Безье пятого порядка, которые могут быть использованы при решении пространственных технологических задач и анализе процессов, происходящих во время формообразования зубчатых венцов, в том числе и с пространственными геометриями боковой поверхности зубьев. На примере стандартного инструмента оценена точность выполнения аппроксимации геометрии профиля зуба дисковой модульной фрезы сплайном Безье пятого порядка.
Ключевые слова: дисковая модульная фреза, аппроксимация, сплайн Безье, режущая кромка, цилиндрическое зубчатое колесо, система уравнений.
В настоящее время довольно актуальным направлением усовершенствования машин и механизмов является применение в их конструкции цилиндрических зубчатых передач с пространственно-модифицированными зубьями. Различные эксплуатационные и производственные факторы определяют многообразие возможных вариантов пространственной модификации зубьев. При этом процессы, происходящие во время формообразования зубчатых венцов и во время эксплуатации изделий с зубчатыми венцами со сложной геометрией боковых поверхностей зубьев, обуславливают необходимость совершенствовать существующие и разрабатывать новые методики их математического описания.
262
