Повышение точности зуборезных долбяков Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.913.3.

Ю.Р. НУРТДИНОВ

Омский государственный технический университет

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ЗУБОРЕЗНЫХ ДОЛБЯКОВ

На основании проведенных теоретических исследований и практических работ установлены основные погрешности и их количественные характеристики при изготовлении зуборезных долбяков методом обката. Даны обоснования их появления и практические рекомендации по их устранению для получения зуборезного инструмента повышенной точности.

Анализ изготовления зуборезных долбяков показал, что основные погрешности, влияющие на окончательную точность изделия, можно разделить на две группы:

1. технологические погрешности;

2. погрешности, связанные с износом деталей и отдельных элементов станка (кинематические) [ 1 ], [2].

К первой группе погрешностей относятся:

1) погрешности наладки станка

2) погрешности формообразования (зависящие от вида инструмента и способа обработки)

3) погрешности базирования изделия и формообразующих элементов

4) погрешности, зависящие от режимов резания и деформации системы СПИД.

• Погрешность наладки станка зависит отточности установки его основных наладочных элементов. Так при обработке тарельчатым крутом на с танке, работающем методом обката, точность профиля зуба определяется размером установки плеча профилирования и поперечным положением долбяка относительно круга. При обработке тарельчатым кругом на станке 5893 или 5891 утлом установки и поперечным положением изделия относительно шлифовального крута.

• погрешность формообразования зависит от условий правки круга

• погрешности базирования изделия проявляется в дополнительной накопленной погрешности шлифовального круга шлифуемого долбяка, а также в разности соседних окружных шагов зубьев. Неточность базирования формообразующих элементов (эволь-вентного кулака, обкатного ролика) также приводит к отклонению профиля. На рис.1, изображены погрешности наиболее часто имеющие место при установки формообразующего элемента.

Наибольшую погрешность профиля зуба можно определить по формуле(1):

" Одамхиь Пьющ/пой

Ост&ш ащхшш

А,™ =2е^т[со„-сов}12

(1)

где

Д - наибольшая погрешность профиля е - эксцентриситет обкатного ролика (эвольвент -ного кулака)

о)ц, (оЙ - начальный и конечный угол развернутости эвольвентного профиля зуба.

Зависимость Р от вертикальной и горизонтальной составляющих эксцентриситета показана на рис. 2.

Анализ погрешности, связанной с монтажом формообразующих элементов, а также погрешности базирования изделия на станке показал, что они значительно влияют на точность шлифования, поэтому биение люнетов и оправок не должно превышать 0,002мм. Особое внимание следует уделять точности изготовления обкатных роликов и эвольвентных кулаков.

А-:./е

0.8 06 ОЛ 0.2

ч \ ч

ч •ч

—_ ----

Рис. 1. Погрешность при установке формообразующих элементов

10 20 30 Ш 50 г I

Рис. 2. Зависимость Рша1 от вертикальной и горизонтальной составляющих эксцентриситета

Погрешность, связанная с деформацией системы СПИД, возникает при повышенных режимах шлифования (например, при повышенной подаче на глубину). В общем случае погрешность профиля зуба, которая связана с переменностью факторов формообразования, можно определить по формуле (2): Д.роф=1СР§/(1+Ср§)> (2)

где

I — глубина резания, Ср — коэффициент резания, д - коэффициент упругой податливости системы СПИД.

При повышенной температуре в зоне резания, возникающей из-за увеличения коэффициента трения между шлифовальным кругом и зубом долбяка, в системе СПИД возникает температурная деформация, вследствие которой заготовка изменяет начальную форму. Изменение этой формы в первую очередь влияет на изменение профиля и биение окружного шага. Схема изменения формы заготовки изображена на рис. 3.

At

Рис. 3. Температурная деформация

Погрешность от температурной деформации определяется по формуле (3):

Дг = 2е, • вт\сск -огл]/2 (3)

Для компенсации температурных деформаций влияющих на точность изготовления было предложено установить плавающий задний центр с регулируемыми направляющими. Конструкция модернизированного заднего центра представлена на рис. 4.

еы - эксцентриситет делительного диска 0 - угол между осью делительного диска и направлением смещения его центра относительно центра долбяка

■г. — число зубьев

г, - радиус делительного диска.

Л?)

Рг

ъ -■"У i ..' /

Рис. 4. Плавающий центр

• Погрешность, возникающая в результате чрезмерного усилия зажима при базировании заготовки. Для компенсации этой погрешности в места крепления заготовки с шпинделем станка необходимо устанавливать элемент, позволяющий устранить эти усилия. Эта погрешность имеет вид, показанный на рис. 5.

Рис. б. Кинематическая погрешность делительного диска

Особенно эта погрешность проявляется при раздельном шлифовании левого и правого профилей в виде погрешности профиля и накопленной погрешности окружного шага.

Для компенсации этой погрешности необходимо после шлифования одной стороны зубьев шлифовать противоположную сторону, предварительно повернув долбяк на 180е. Если этого не сделать, то накопленная погрешность окружного шага удвоится (рис.7.).

As

Рис. 5. Изгиб, вызванный чрезмерным усилием зажима

Погрешность, вызванная черезмерным усилием зажима, определяется по формуле:

A5 = 2e(-sin[at-a„]/2 (4)

Ко второй группе относятся погрешности, связанные с износом механизма деления и обката, а также с износом направляющих.

Источником этих погрешностей являются ошибки звеньев кинематической цепи зубошлифовальных станков, а именно делительных дисков. Эти погрешности являются постоянными и переносятся на каждый зуб в отдельности.

Ко второй группе относятся погрешности, связанные с износом механизма деления и обката, а также с износом направляющих.

Точность обработки на станках с тарельчатыми кругами зависит от точности механизма деления и обката, которые кинематически не связаны друг с другом. Поэтому погрешность изготовления механизма деления сказывается на точности шага обкатываемого долбяка, а погрешность механизма обката (формообразования) оказывает влияние на точность профиля зуба.

Погрешность механизма деления зависти от эксцентриситета шейки рабочего шпинделя.

Угловая погрешность деления рассчитывается по формуле (5):

Д, = Д^ +(360 /-)(е(/ cos0/гД (5)

где

Дг - погрешность делительного диска,

б)

Рис. 7. Компенсация погрешности

При разной наладке станка совокупность неточностей делительного диска и наличие эксцентриситета может привести к различной величине погрешности шага зубьев и, как правило, проявляется в отклонении величины основного шага. Таким образом, при обработке тарельчатыми кругами вследствие износа элементов делительного механизма увеличивается погрешность основного и окружного шага колеса. Накопленную кинематическую погрешность К шагов можно представить в виде:

Д,Ц=Д„7+Д„_ (6)

'кн где

ДК2 — накопленная погрешность шага долбяка, Дш|кп — циклическая погрешность колеса. Следует отметить, что систематическая погрешность (износ шлифовального круга, температурные деформации шпинделя, засаливание режущей поверхности шлифовального крута и др.) возрастающая в процессе работы, по - разному проявляется при обработке на станках. Но следует отметить следующую закономерность: при шлифовании профиля долбяка, установленного в конусе Морзе, происходит резкий скачок накопленной погрешности на участке аЬ. Этот скачок накопленной погрешности составляет порядка 0,02 — 0,03 мм и более, что является недопустимым явлением. Ликвидировать этот скачок накопленной погрешности можно только применением

твердых смазок или разделить на несколько скачков, значительно меньших основного скачка накопленной погрешности.

Разделение основного скачка накопленной погрешности на меньшие скачки можно при схеме деления не через один зуб, а через . Так, при схеме деления через Zl зубьев подобное явление наблюдается при обработке зуба, номер которого кратен 2г, то есть происходит несколько скачков накопленной погрешности (рис. 8).

Таким образом, для увеличения точности окружного шага, при изготовлении методом огибания эволь-вентного профиля, противоположную сторону зуба надо шлифовать из положения наибольшей накопленной погрешности, так, чтобы накопленная погрешность одной стороны зуба компенсировала накопленную погрешность противоположной стороны зуба (рис. 9).

1

! 1 .. 1 и ■л • • - ■ ^— .. .'...Г.' ..'

б)

Рис. 8. Накопленная погрешность при схеме деления на один зуб (а) и схеме деления через 7.1 зубьев (б)

Рис. 9. Компенсация погрешности

Другими факторами, снижающими точность обработки, являются уменьшение жесткости станка в результате износа пар трения, уменьшение жесткости шпиндельных узлов из-за изменения натяга подшипников и т.д. Кроме того, в процессе эксплуатации увеличиваются колебания, связанные с дисбалансом отдельных элементов и уменьшением демпфирования в стыках.

Неточность профиля зуба, связанную с изменением жесткости станка и дисбалансом отдельных элементов, можно определить по формуле (5):

Д ^ = /-/(«* )\ (7)

Где:

Н- ход перемещения; <» - частота входного воздействия; юс- собственная частота механизма обката, {^соответствии с формулой (5) погрешность профиля зуба прямо пропорциональна квадрату угловой скорости кривошипного механизма, поэтому в процессе шлифования не рекомендуется изменять скорость обката, так как это приведет к дополнительным погрешностям профиля. Наиболее наглядно это проявляется при обработке зуборезных долбяков с диаметром основной окружности менее 15 мм. Так, при шлифовании долбяка щ = 0,8 мм, г = 8, а = 30° погрешность профиля составила:

>Н

--1

а) б)

Рис. 10. Погрешность профиля в результате изменения скорости перемещения суппорта

На рис. 10а изображена эвольвентограмма профиля зуба шлифованного с определенной угловой скоростью, для которой были подобраны определенные настроечные параметры станка, а на рис. 106 тот же эвольвентный профиль при тех же настройках станка, но с измененной угловой скоростью.

Таким образом, в случае обработки зуборезных долбяков с малым диаметром окружности выступов, погрешность профиля значительно увеличивается. Кроме того, близость частоты к частоте вращения круга может вызвать нежелательные резонансные явления в системе СПИД и повышение циклической погрешности профиля. Для устранения таких нежелательных явлений следует тщательнее регулировать зазоры в стыках, жесткость механизма обката и механизма деления.

Библиографический список

1. Тайц Б.А. Точность и контроль зубчатых колес. М., «Машиностроение», 1972 г., стр. 368.

2. Коган Г.И. Изготовление цилиндрических колес со шлифованными зубьями. М., Машгиз, 1962.

НУРТДИНОВ Юрий Рашитович, аспирант.

Дата поступления статьи в редакцию: 18.10.2006 г. © Нуртдинов Ю.Р.