CC BY
11и инструментальная промышленность
УДК 621.9.07
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕРМООПРАВОК ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ПОВЫШЕННОЙ СТЕПЕНИ ТОЧНОСТИ
APPLICATION THERMO-MANDREL FOR TREATMENT OF GEAR-WHEELS OF ENHANCEABLE DEGREE OF EXACTNESS
DOI: 10.24411/9999-046A-2020-11039
Волков М. А., начальник конструкторского бюро, АО «ИЭМЗ «Купол» Volkov M. A., head of design bureau, JSC «IEMZ» Kupol»
В данной статье анализируется технология изготовления зубчатого венца цилиндрических зубчатых колес 7-й степени точности и ниже на жестких технологических оправках и термооправках. Особое внимание в статье уделено применению термооправок на операции зубофрезерования, принцип работы которой основан на температурной деформации установочной поверхности. Перечислены приборы и материалы, входящие в устройство нагрева термооправки и схему контроля температуры. В статье приведен сравнительный анализ (по их количеству на одну деталь, погрешности базирования, погрешности установки и температурному режиму) жестких технологических оправок и термооправок. Перечислена последовательность основных необходимых действий по обработке зубчатых колес с применением термооправки на зубо-фрезерном станке. В заключении автором перечислены основные выводы и результаты по технологии применения термооправок для обработки зубчатых колес повышенной степени точности.
In this article analyzes technology of making of toothed crown of cylindrical gear-wheels is 7 degrees of exactness and below on the hard technological mandrel and thermo-mandrel. The special attention in the article is spared to application of thermo-mandrel on the operation of the gear milling, principle of work of that is based on temperature deformation of the locating surface. The devices and materials, included in the device of heating of thermo-mandrel and chart of control of temperature, are enumerated. To the article the comparative analysis (on their amount on one detail, error of locating, error of setting and temperature condition) of the hard technological mandrel and thermo-mandrel is driven. List the sequence of basic actions needed for processing of gears with thermo-mandrel on gear hobbing machine. In a conclusion an author is enumerate basic conclusions and results on technology of application of thermo-mandrel for treatment of gear-wheels of enhanceable degree of exactness.
Ключевые слова: технологическая оправка, термооправка, погрешность базирования, зубообработка, температурная деформация
Keywords: technological mandrel, thermo-mandrel, error of locating, gear treatment, temperature deformation
Наиболее распространенным видом механической передачи почти во всех отраслях машиностроения, станкостроения, автомобилестроения и приборостроения являются зубчатые передачи. Чаще всего в механизмах применяют цилиндрическую зубчатую передачу, так как она проще в изготовлении и монтаже. Главная задача цилиндрической зубчатой передачи — передача крутящего момента между валами, оси которых параллельные или пересекающиеся [1].
Основным показателем качества зубчатых колес является степень их точности, которая влияет на показатели интенсивности шума и вибрации, долговечности работы, потери на трение и прочностные показатели. Одним из основных контролируемых параметров зубчатых колес, который объединяет в себе требования по кинематической точности, плавности работы, контакта зубьев и норм бокового зазора, является радиальное биение зубчатого венца Дг. Так, например, согласно ГОСТ 1643—81 существует зависимость между допуском на радиальное биение зубчатого венца, допуском колебания длины общей нормали Д,^,, допуском на колебание измерительного межосевого расстояния на одном зубе /!', допуском на циклическую погрешность зубцовой частоты в передаче /гго, допуск на суммарную погрешность контактной линии Д^, предельными отклонениями осевых шагов по нормали Дрхп и другими показателями зубчатой передачи [2, 3].
Поэтому при выполнении операции механической обработки зуба необходимо применять такую технологическую оснастку, которая позволит выдерживать значение допуска на радиальное биение зубчатого венца. На операции зубофрезерования зубчатого колеса чаще всего применяется комплект жестких технологических
Оправка Заготовка
Шайба Гайка
Рис. 1. Эскиз жесткой технологической оправки
Клемма
Гайка
\ ^уШу 4-1 уШ^н 3
Шайба
Термоэлемент Деталь /
Рис. 2. Эскиз термооправки
оправок, различающийся диаметром установочной шейки — й (рис. 1) [4, 5]. Комплект жестких оправок необходим для уменьшения погрешности базирования детали [6], которая влияет на получаемое значение радиального биения зубчатого венца. Перед закреплением обрабатываемых деталей необходимо произвести селективный подбор действительного размера установочного отверстия заготовки к жесткой оправке с подходящим размером установочной шейки. Поэтому основной проблемой применения жестких технологических оправок при зубофрезеровании является количество используемых оправок входящих в один комплект, так как на одну деталь может быть изготовлен комплект из двух оправок и более. Следующей проблемой является повышенное значение трудоемкости изготовления зубчатых колес из-за проведения селективного подбора и времени, необходимого на переналадку
комплекта жестких оправок на зубофрезерном станке.
С целью уменьшения количества используемой технологической оснастки, сокращение трудоемкости и повышения качества изготовления зубчатых колес предлагается использовать термооправки (рис. 2). Принцип работы термооправки основан на применение тепловой деформации установочной поверхности в жестких технологических оправках. При нагревании установочной шейки технологической оправки происходит ее температурное расширение, которое позволяет ликвидировать зазор между обрабатываемой деталью и оправкой, тем самым уменьшить погрешность базирования.
Ниже в таблице представлено сравнение показателей набора жестких технологических оправок и термооправки по количеству используемой технологической оснастки на одну обрабатываемую деталь, погрешности базирования и установки, температурному режиму работы. По показателям количества технологической оснастки, погрешности базирования и установки наилучшие значения имеет термооправка. По температурному режиму термооправка уступает набору жестких оправок, так как при работе с ней присутствует травмоопасность от высокой температуры и необходима дополнительная защита работника от получения ожогов.
Термооправка включает в себя устройство нагрева, которое состоит из регулятора мощности и нагревательного элемента (рис. 3 и 4). Регулятор мощности позволяет изменять подводимую к нагревательному элементу мощность, что позволяет производить регулировку температуры нагревательного элемента.
Нагревательный элемент должен быть выполнен в защитной оболочке из электроизоляционного материала для предотвращения короткого замыкания, например керамический. Диапазон рабочей температуры нагревательного элемента составляет от 60 до 120 градусов Цельсия, данная температура выбрана с учетом наименьшей степени влияния температурных перепадов термооправки на изменение структуры ее материала.
Таблица
Сравнение показателей набора жестких технологических оправок и термооправки
Вид оснастки Количество, шт. Погрешность базирования Погрешность установки, мкм Температурный режим, градус Цельсия
1. Набор жестких оправок 2. Термооправка 2-4 1 От 4 мкм 0 От 7 и более 3 20 20-120
Для уменьшения трудоемкости соединения и разъединения контактов нагревательного элемента с регулятором мощности в конструкции предусмотрена соединительная клемма.
Принцип работы термооправки на зубофре-зерном станке, оснащенном цанговым патроном и задним центром, следующий: 1) термооправку устанавливают и закрепляют в цанговый патрон станка; 2) устанавливают на термооправку обрабатываемую деталь, шайбу и гайку; 3) производят нагрев установочной шейки при помощи нагревательного устройства; 4) достигнув необходимого значения тепловой деформации установочной шейки термооправки, закрепляют деталь; 5) разъединяют контакты от термооправки и начинают
процесс обработки детали; 6) снимают деталь с тремооправки после обработки.
Применение термооправок позволит повысить точность изготовления зубчатых колес и уменьшить трудоемкость их изготовления за счет исключения операции селективной подборки детали к набору жестких оправок. Также их внедрение в производство позволит сократить количество используемой технологической оснастки, высвободить полки в инструментальной кладовой и уменьшить затраты на содержание технологической оснастки в рабочем состоянии (своевременная проверка конструкторским и техническим требованиям, покрытие от коррозии).
Список использованной литературы
1. Хатетовский С. Н., Гуляев К. К. Перспективы развития зубчатых передач, нечувствительных к погрешностям монтажа // Вестник Белорусско-Российского университета. — 2014. — № 3 (44). — С. 88—95.
2. ГОСТ 1643—81. Основные нормы взаимозаменяемости. Передачи зубчатые цилиндрические. Допуски. — М.: ИПК Изд-во стандартов, 2003. — 43 с.
3. Виноградов В. М., Черепахин А. А. Зависимость точности изготовления цилиндрических зубчатых передач от точности изготовления их основных деталей и сборки // Известия МГТУ МАМИ. — 2014. — № 1 (19). — С. 157—163.
4. Балла О. М. Обработка деталей на станках с ЧПУ. Оборудование. Оснастка. Технология: Учебное пособие. — 3-е изд., стер. — СПб.: Изд-во «Лань», 2018. — 368 с.
5. Волков М. А. Основы выбора типоразмеров технологических оправок на операции зубонарезания / В кн.: Наука и общество в условиях глобализации: материалы V Международной научно-практической конференции. — Уфа: НИЦ «Ника», 2018. — С. 17—20.
6. ГОСТ 21495—76. Базирование и базы в машиностроении. Термины и определения. 1990. — М.: Изд-во стандартов, 1990. — 35 с.
