CC BY
12СЕКЦИЯ 4. НАУКОЕМКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И РЕМОНТА ДЕТАЛЕЙ СУДОВ И СУДОВЫХ АГРЕГАТОВ
УДК 621.9
В.А. Витренко, А.А. Ефимов, А.Д. Михайлова, В.В. Черных
Луганский государственный университет имени Владимира Даля,
Луганск, 91034 e-mail: [email protected]
ОСОБЕННОСТИ ГИПЕРБОЛОИДНОГО ИНСТРУМЕНТА, ПРИМЕНЯЕМОГО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВАЛОВ И ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
В работе рассматриваются различные виды гиперболоидных инструментов, полученные в пространственном станочном зацеплении при помощи различных схем формообразования. Предлагается несколько схем формообразования гиперболоидного инструмента в зависимости от совокупности движений двух взаимоогибаемых тел. Найдены схемы получения инструмента на серийном оборудовании как огибающие обрабатываемых деталей типа тел вращения и зубчатых колес. В аналитическом виде определены поверхности инструмента, применяемого для обработки наружных и внутренних поверхностей деталей типа тел вращения и зубчатых колес.
Ключевые слова: гиперболоидный инструмент, обрабатываемая деталь, профиль инструмента, схема формообразования, система координат.
V.A. Vitrenko, A.A. Efimov, A.D. Mikhailova, V.V. Chernyh
Lugansk Vladimir Dahl State University, Lugansk, 91034 e-mail: [email protected]
PECULIARITIES OF HYPERBOLOID INSTRUMENT USED FOR SHAFTS AND GEAR-WHEELS TREATMENT
The article investigates different types of hyperboloid instrument obtained in space machine-tool engagement using various shape-forming schemes. Several shape-forming schemes for hyperboloid instrument depending on total movement of two mutually-enveloped bodies have been proposed. Schemes of obtaining instrument as enveloping rotating bodies parts and gear-wheels being treated using conventional equipment have been defined. Surfaces of instrument used for treatment of external and internal surfaces of rotating body parts and gear-wheels have been determined in analytical form.
Key words: hyperbola instrument, part being treated, instrument profile, scheme of shape-formation, coordinate system.
Работа посвящена совершенствованию конструкции различных машин и агрегатов наземного и водного транспорта, а также технологии их изготовления. Решена актуальная задача повышения качества и точности обработки деталей типа тел вращения и зубчатых колес при помощи принципиально нового гиперболоидного инструмента, полученного согласно схеме формообразования третьего класса. Основная инструментальная поверхность предлагаемого инструмента найдена как огибающая обрабатываемых деталей в пространственном станочном зацеплении.
При изготовлении и ремонте деталей судов и судовых агрегатов их качество зависит от качества применяемого инструмента и степени его точности. Следовательно, вопросы, связанные с проектированием различного зуборезного инструмента, а также с разработкой различных схем его формообразования, являются в настоящее время актуальными вопросами. Поэтому в данном исследовании рассматриваются характерные особенности получения производящей гиперболо-идной зубчатой поверхности.
Необходимо отметить, что от качества инструмента и его конструкции зависит точность, качество, структура и поверхностные свойства обрабатываемых деталей. Большинство деталей водного транспорта обрабатываются при помощи стандартного инструмента. Качество обработанной поверхности зависит от способа формообразования такого инструмента, а также от схемы обработки деталей при помощи полученного инструмента [1]. Наружные и внутренние поверхности цилиндрических, а также зубчатых деталей исследователи всего мира пытаются обрабатывать в пространственном станочном зацеплении. Инструмент, применяемый для такой обработки, как правило, получен в плоском станочном зацеплении. Такое положение приводит к тому, что основная инструментальная поверхность не совпадает с производящей поверхностью [2, 3]. Исследователи пытаются изменить геометрию инструмента различными методами, дающими незначительное приближение к теоретической геометрии такого инструмента [4].
В данном исследовании разработано три схемы формообразования инструмента, применяемого для черновой, чистовой, отделочной, сглаживающей и упрочняющей обработки таких деталей. В основу такого инструмента ложится исходная инструментальная поверхность, очерченная по кривой линии. Все эти инструментальные поверхности похожи друг на друга, но по своей геометрии имеют принципиально разную геометрическую форму.
Самый простой способ изготовления гиперболоидного инструмента может быть реализован на серийных зубофрезерных станках. В этом случае нарезаемая заготовка устанавливается на инструментальную оправку зубофрезерного станка, а на оправку, закрепленную на столе станка, устанавливается круглый резец, диаметр которого равен диаметру детали, которую будут обрабатывать при помощи формообразуемого гиперболоидного инструмента. Нарезаемая заготовка и круглый резец выставляются на линию кратчайшего межцентрового расстояния. Подача инструмента производится в радиальном направлении до получения заданного межосевого расстояния. В этом случае получается инструмент, представляющий собой тело вида однополостной гиперболоид. Такой инструмент может обрабатывать цилиндрические и зубчатые детали, размер которых соответствует размеру круглого резца, при помощи которого был получен этот инструмент. Необходимо отметить, что область применения такого инструмента - крупносерийное и массовое производство при обработке деталей небольшой длины. Схема изготовления инструмента по первой схеме формообразования представлена на рис. 1.
Согласно второй схеме формообразования можно получить квазигиперболоидный инструмент. В этом случае нарезаемая заготовка устанавливается на инструментальный шпиндель зу-бофрезерного станка. Круглый резец устанавливается на вращающийся стол зубофрезерного станка. Выбирается кратчайшее межцентровое расстояние, а шпинделю и столу станка дают согласованные вращения. Нарезаемая заготовка подается вдоль оси вращения стола станка. Схема нарезания такого инструмента представлена на рис. 2. Следует отметить, что при помощи полученного инструмента можно обрабатывать валы или зубчатые колеса, диаметр которых равен или меньше диаметра круглого резца, при помощи которого получен такой инструмент.
Рис. 1. Первая схема формообразования Рис. 2. Вторая схема формообразования
Разработка и создание третьей схемы формообразования гиперболоидного инструмента направлены на то, чтобы создать такой инструмент, который может иметь непрерывное станочное зацепление с любыми цилиндрическими и зубчатыми деталями [5]. Чтобы получить гиперболоид-ную заготовку, необходимо описать по ней прямую линию, которая проходит по ее прямолинейной образующей. С этой целью необходимо воспользоваться схемой, представленной на рис. 3.
I II III
Рис. 3. Третья схема формообразования гиперболоидного инструмента
Для реализации третьей схемы формообразования нам потребуется зубофрезерный станок с протяжным суппортом. На этом станке круглый резец или зубчатое колесо (обкаточный резец) можно двигать вдоль прямолинейной образующей однополостного гиперболоида. Это возможно благодаря совокупности двух подач. Первая подача - это подача вдоль оси протяжного суппорта, а вторая - подача вдоль оси стола станка. Станок необходимо настроить таким образом, чтобы результирующая подача была направлена вдоль горизонтальной плоскости. Обработка осуществляется за два прохода. На первом проходе круглый резец протачивает гиперболоидную заготовку, получаются различные накатные ролики. На втором проходе гиперболоидная заготовка опускается на величину, равную высоте круглого резца. Затем при помощи обкаточного резца нарезаются зубья на заготовке. Таким образом получается исходная инструментальная поверхность для гиперболоидных фрез. В результате такой обработки получается инструмент, основная инструментальная поверхность которого представляет собой однополостной гиперболоид. Такой инструмент может обрабатывать цилиндрические и зубчатые детали любой геометрии.
Благодаря третьей схеме формообразования были получены различные инструментальные поверхности с числом заходов от 3 до 17. В этом случае основная инструментальная поверхность полностью совпала с производящей поверхностью. После прорезания стружечных канавок были получены различные ги-перболоидные фрезы и обкаточные резцы, представленные на рис. 4.
Такая конструкция многозаходного гиперболо-идного инструмента позволила получить геометрические задние углы более 7°, что позволяет исключить такую дорогостоящую операцию как затыловка. Передний угол такого инструмента может быть под любым углом в зависимости от материала обрабатываемых цилиндрических зубчатых колес.
При помощи третьего способа формообразования инструментальной поверхности были получены накатные ролики гиперболоидной формы. При помощи этих роликов была произведена сглаживающая накатка крупногабаритных валов. На рис. 5 представлена схема накатки вала диаметром 235 мм при помощи гиперболоидного ролика, диаметр которого в горловом сечении 140 мм. Практика накатки таких деталей при помощи гиперболоидного ролика показала, что ролик в процессе накатки не требует заточки и перепрофилирования. За счет большой величины скорости скольжения между контактирующими поверхностями происходит процесс самозаточки накатного ролика. Необходимо отметить, что качество накатанной поверхности при одних и тех же режимах накатки значительно повышается.
Рис. 5. Накатка вала гиперболоидным накатником
Важно подчеркнуть, что в результате проведенных экспериментальных исследований удалось доказать, что при помощи разработанной третьей схемы формообразования гиперболо-идного инструмента выполняется основное уравнение зацепления. Проведенные исследования по созданию новой схемы формообразования накатного и зуборезного многозаходного инструмента позволили получить новый инструмент, у которого исходная инструментальная поверхность полностью совпадает с производящей поверхностью. Экспериментальные исследования доказали, что одним и тем же инструментам можно обрабатывать зубчатые колеса различной геометрии. Что касается накатных роликов, то они также могут применяться для накатки валов любого диаметра.
Литература
1. Родин П.Р. Основы проектирования режущих инструментов. - К.: Вища школа, 1990. -424 с.
2. СахаровГ.Н. Обкаточные инструменты. - М.: Машиностроение, 1983. - 232 с.
3. Семенченко И.И., Матюшин В.М., Сахаров Г.Н. Проектирование металлорежущих инструментов. - М.: Машгиз, 1963. - 952 с.
4. ЦвисЮ.В. Профилирование режущего обкатного инструмента. - М.: Машгиз, 1961. - 155 с.
5. Пат. 40480 Украина, МПК В23Б 9/00. Способ нарезания гиперболоидных зубчатых колес / А.В. Витренко, О.С. Витренко, И.А. Кириченко, заявитель и патентообладатель ВНУ им. В.Даля. - № и 2008 13259; заявл. 17.11.2008; опубл. 10.04.2009, бюлл. № 7.
