CC BY
38
УДК 621.833
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СБОРНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ КРУПНОМОДУЛЬНЫХ ЧЕРВЯЧНЫХ
КОЛЕС
В.В. Хрячкова, И.И. Феофилова
Рассмотрена методика определения действительного профиля рабочих поверхностей изношенной и теоретически правильной зубчатой поверхности, влияние параметров установки зубообработывающего инструмента на точность зубонареза-ния червячного колеса, конструкции инструментов для зубофрезерования червячных колес и возможные пути реализации операции зубофрезерования.
Ключевые слова: крупномодульная червячная передача, проектирование, инструмент.
Несмотря на широкое внедрение в промышленность и транспорт технических средств, оснащенных вычислительной техникой и системами ЧПУ, позволяющих передавать значительные мощности, как со ступенчатым, так и с бесступенчатым ее регулированием, зубчатые передачи по-прежнему остаются наиболее распространенными в технике механизмов, связывающих привод с технологической машиной. При этом повышение надежности, долговечности и экономичности машин, снижение их габаритов и веса, упрощение технологии изготовления и ремонтопригодность являются весьма актуальными свойствами.
Обеспечение указанных свойств для изделий массового производства, как правило не вызывает трудностей. Однако для крупногабаритных механизмов и устройств, являющихся часто уникальными, изготовленными в небольшом количестве экземпляров, являющихся нестандартными, для конкретных эксплуатационных условий обеспечение ремонтопригодности является чрезвычайно сложной, технически трудной и весьма дорогостоящей задачей.
Такие механизмы применяются в судовом оборудовании, тяжелом и транспортном машиностроении, в горнодобывающих и других машинах.
Среди известных зубчатых передач, передающих значительные мощности, немаловажное место занимают червячные передачи.
Прирост объема производимой продукции осуществляется, как правило, за счет повышения производительности труда, что можно достичь высокому техническому состоянию оборудования и уровня организационного и технического обслуживания обеспечивающих его безотказную работу. При этом на организационном и техническом уровнях необходимо уметь принимать и реализовывать такие решения, которые способствовали бы росту конечных результатов в конкретных условиях при минимальных удельных затратах трудовых и материальных ресурсов. Для этого необхо-
димо грамотно планировать процессы эксплуатации оборудования, своевременно учитывать и анализировать информацию о его работе, вовремя выдавать правильное корректирующее воздействие: распределять ресурсы, изменять режим работы оборудования и т. д. При большой номенклатуре парка оборудования и постоянно меняющейся ситуации это возможно только за счет широкого использования в практике работы экономико-математических методов и ЭВМ.
Методы организации и управления ремонтом сложного оборудования, использующего червячные приводы, во всех отраслях промышленности во многом идентичны и входят в планово-предупредительную систему ремонта оборудования. В настоящее время планово-предупредительная система на предприятиях перестраивается, на нее определенное влияние оказывает внедряемая система стандартизации и сертификации на базе ГОСТОВ ИСО 9000. При этом осуществляется переход к ремонту оборудования по фактическому техническому состоянию на базе агрегатно-узлового метода ремонта силами специализированных предприятий и фирм; осваивается ремонт оборудования заводами-изготовителями (фирменное техническое обслуживание); капитальный ремонт рассредоточивается по текущим ремонтам; внедряется комплекс типовой нормативно-технической документации на базе технологических карт, карт организации труда, сетевых графиков ремонта и т. д.; организуется работа ремонтного персонала по нормированному заданию (наряду); осуществляется сбор объективной информации о работе и состоянии оборудования с максимальным использованием для ремонтных служб возможностей ЭВМ. В систему управления производственными процессами включаются подсистемы, осуществляющие оптимальное планирование, технический учет и оперативный контроль наличия и технического состояния оборудования, технического обслуживания и ремонта, учет и анализ простоев, движения запасных частей с использованием экономико-математических и организационных методов, электронно-вычислительной техники, телемеханических устройств и других средств хранения, сбора, передачи, обработки и представления информации. Это является функциями, которые должна решать автоматизированная система управления ремонтом оборудования АСУ ремонт. Несмотря на многочисленность организаций и предприятий, занимающихся постановкой задач, разработкой алгоритмов и программ занят ограниченный круг специалистов.
Червячные передачи используют в различных механизмах, делительных цепях зуборезных и других металлорежущих станках для достижения высокой точности относительного поворота, в разнообразных редукторах, коробках скоростей и механизмов для передачи крутящего момента при большом передаточном отношении. Высокие скорости и знакопеременные нагрузки приводят к интенсивному изнашиванию червячных
передач. Наиболее подвержены изнашиванию червячные колеса, изготовляемые из различных марок бронз. Как правило, такие передачи являются крупномодульными многозаходными.
Анализ изношенных червячных пар показал, что червяки, как правило, еще не исчерпали свой эксплуатационный ресурс и могут быть еще использованы. Однако зубья червячных колес за период эксплуатации уменьшаются по толщине до двух раз, это вызывает появление значительных зазоров в передаче.
Длительный период эксплуатации червячных редукторов приводит к приобретению зубьями червячного колеса оптимального профиля, соответствующий параметрам червяка. В связи с этим задача восстановления червячной передачи сводится к нарезанию нового колеса с параметрами, определяемыми условиями зацепления его с частично изношенным червяком.
Трудность приобретения или изготовления таких колес состоит в том, что оборудование является, как правило, уникальными, изготовляются единичными экземплярами или покупается за рубежом. Поэтому параметры червячных передач, тем более изношенных, в конкретных производственных условиях являются неизвестными. Крупные габариты червячной пары и отсутствие необходимой измерительной оснастки усугубляют процесс восстановления таких передач. Существенное значение имеет и необходимой модели зубофрезерного станка.
Предлагаемая методика позволяет при минимальных производственных затратах выработать стратегический план технологической подготовки и изготовления червячного колеса. В том случае если необходимо изготовить колеса для нескольких изношенных пар одного стана, то с целью сокращения количества специальных инструментов для нарезания отдельных колес можно произвести оптимизацию их параметров и изготовить единый комплект инструментов.
Наиболее существенными моментами в разрабатываемом плане является наличие зубофрезерого станка, определяющего способ нарезания зубчатого колеса, и контрольно-измерительной оснастки.
При нарезании зубчатого колеса основным требованием является обеспечение качества рабочего зацепления, которое зависит, как от метрологических характеристик применяемых технических средств, так и от точности методик определения действительного профиля изношенного червячного колеса и расчета параметров станочного зацепления инструмента и нарезаемого колеса.
Определение действительного профиля червяка производится в следующем порядке:
с помощью оптической делительной головки и оптического длин-номера или индикатора с большим ходом измерительного щупа определяются координаты точек правого и левого изношенных профилей зубьев червячного колеса;
на основе математической статистики производится обработка данных замеров, рассчитывается среднестатистический активный профиль зубьев колеса, производится его аппроксимация и определяется дисперсия;
с использованием теории взаимоогибаемых поверхностей рассчитывается профиль осевого сечения сопряженного червяка;
принимается решение об окончательном профиле изношенного червяка и рассчитывается поверхность производящего червяка инструмента.
В результате появляется возможность стратегического планирования технологической подготовки и изготовления червячного колеса.
Проведенные исследования показали, что на точность нарезаемого колеса оказывают влияние погрешности установки инструмента на оправке и ее деформации при закреплении гайкой. Эти погрешности возникают из-за биения торцов фрез и зазора между инструментальной оправкой и посадочным отверстием, что приводит к радиальному биению и перекосу фрезы, а в итоге к смещению производящей инструментальной поверхности от номинального положения.
Величина погрешностей зубчатых колес прямо пропорциональна диаметру червячной фрезы и обратно пропорциональна длине червячной фрезы. В результате можно заключить, что при червячном зубофрезеровании лучше всего применять червячные фрезы с небольшим диаметром и большой длиной, имеющие также и другие преимущества: высокую работоспособность, более равномерное резание и низкую стоимость.
Основными параметрами инструмента, влияющими на погрешность профиля, являются: диаметр наружной окружности фрезы, число режущих реек, число заходов и профиль режущих зубьев. При этом от соотношения указанных параметров конструкции фрезы и режима резания погрешность профиля проявляется в виде огранки и волнистости. Анализ процесса их образования показывает, что при работе с малыми продольными подачами практически исключается влияние волнистости на точность профиля. При значительном увеличении количества режущих кромок у инструмента, например, при шлифовании червячным абразивным кругом, наоборот, доминирующей будет волнистость профиля, которая в основном зависит от диаметра инструмента и величины продольной подачи. В том случае, если инструмент уже определен, то единственным параметром, при помощи которого можно влиять на погрешность профиля является продольная подача. Из изложенного следует, что весьма важным является правильный выбор параметров конструкции фрезы.
Для учета влияния указанных погрешностей на точность зубчатого колеса в станочном зацеплении разработана комплексная методика проектирования инструментальной наладки, базирующаяся на теорию взаимо-огибаемых поверхностей. Эта методика позволяет определить с помощью
матричного преобразования координаты контактных точек в различных взаимосвязанных системах координат: станка, нарезаемого колеса, инструментального суппорта, инструмента и его режущего зуба.
Исходными данными для расчета станочного зацепления являются: параметры нарезаемого зубчатого колеса и его положения в червячном редукторе, координаты точек действительного профиля этого колеса, и техническая характеристика зубофрезерного станка.
Разработанные методика расчета профиля фрезы и ее изготовления позволяют нарезать колеса 8 - ой степени точности. В зависимости от технических возможностей зубофрезерного станка нарезание червячного колеса может производиться:
— летучим резцом или червячной фрезой с осевой подачей;
— червячной фрезой с радиальной подачей.
Первый способ зубонарезания более точен, так как воспроизводит теоретически точное зацепление пары винтовых колес, однако для его реализации необходимо иметь станки с ЧПУ или с протяжным суппортом.
Второй способ зубонарезания более прост, но менее точен. Его можно осуществить на любых зубофрезерных станках.
При изготовлении червяных колес среднего модуля, как правило, не возникает технических сложностей с изготовлением монолитных затыло-ванных червячных фрез. Значительно сложнее решается вопрос с изготовлением червячных фрез для крупномодульных, многозаходных передач, и тем более с числом заходов кратным числу нарезаемых зубьев.
Большая высота режущих зубьев фрезы и большой угол подъема витка затрудняют процесс затылования, а низкая стойкость шлифовального круга не позволяет обеспечить высокой точности червячной фрезы.
Существенным является и тот факт, что при высокой скорости скольжения в делительной паре станка может не хватить его мощности для нарезания колеса, а более мощного станка может не оказаться в наличии. В таком случае предлагается использовать секционные фрезы, как одно, так и многозаходные, длина режущей части которых равняется осевому шагу зубьев нарезаемого колеса.
Процесс зубофрезерования осуществляется с радиальным врезанием инструмента в заготовку (рисунок) до достижения межосевого расстояния в передаче. Первоначально фреза 4 устанавливается в крайнее правое положение, а затем впадина вырезается на полную глубину. Контроль положения суппорта со столом для заготовки при требуемом межосевом расстоянии производится с помощью индикатора, устанавливаемого на продольных направляющих станка. При включенном станке стол с заготовкой отводится в исходное положение, станок выключается, разбирается инструментальная наладка и фреза переставляется влево на один шаг, т.е. она меняется положением с левой от нее втулкой 2. В дальнейшем процесс фрезерования колеса продолжается до полной обработки.
Инструментальная наладка: 1 - оправка; 2 - втулки;
3 - червячное колесо; 4 - фреза
Анализ различных конструкций червячных фрез показал, что для единичного и особо мелкосерийного изготовления червячных колес при восстановлении работоспособности единичных, в особенности закупленных за рубежом, прокатных станов целесообразно использовать сборные конструкции фрез. Они более технологичны в изготовлении, так как осуществляют экономию инструментального материала и более качественную термическую и механическую обработку режущих элементов, позволяют обеспечить регулировку положения режущих кромок, а в итоге и необходимую точность фрез.
Хрячкова Валерия Валериевна, канд. техн. наук, доц., hryachkovaw(a)mail. гн, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Феофилова Инна Ивановна, ассист., feofrlovnd(cvmail. ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет
FEATURES OF DESIGN TEAMS TOOLS FOR COARSE-GRAINED WORM WHEELS
V. V. Hryachkova, I.I. Feofilova
The method of determining the actual profile of workers over the needs of the worn and theoretically correct tooth surface, the influence of pa-ra-meters installation zuboobra-botki tool on the accuracy of ubonratana worm wheel, design of tools for gear milling and worm wheels possible ways of implementation of the operation of gear milling.
Key words: coarse-grained worm gear design, tool.
Hryachkova Valeria Valerievna, candidate of technical science, docent, hrvachko-vaw(cdmail.ru, Russia, Tula, Tula State University
Feofilova Inna Ivanovna, assistant, feofrlovnd(cvmail. ru, Russia, Tula, Tula State University
