CC BY
80
УДК 621.9
РАСШИРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ УНИВЕРСАЛЬНОГО ЗУБОФРЕЗЕРНОГО СТАНКА ПРИ НАРЕЗАНИИ КРУПОМОДУЛЬНЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС Козлов Александр Михайлович, д.т.н., проф., заведующий кафедрой (е-mail: kam-48@yandex.ru) Савенков Дмитрий Романович, магистр, (е-mail: kentor111@mail.ru) Липецкий государственный технический университет, г.Липецк, Россия
Рассматривается проблема и пути расширения технологических возможностей нарезания крупномодульных зубчатых колес в условиях ремонтного производства на универсальном зубофрезерном станке с использованием сконструированной фрезерной головки.
Ключевые слова: крупномодульные зубчатые колеса, зубофрезерование, модульная фреза.
Введение. Одной из проблем в машиностроении является обработка крупномодульных (m > 10) зубчатых передач, которые используются в тяжелых металлорежущих станках, приводах прокатных станов, шагающих экскаваторах, редукторах и т.п. Точность и качество обработки зубчатых колес регламентируют их надежность и эксплуатационные свойства - прочность, предел выносливости, износостойкость, контактную жесткость и т.д. [1, 2].
Известно [3-5], что нарезание зубчатых колес может производиться методом копирования и методом обкатки. Обработку методом копирования
некоторые исследователи рассматривают как разновидность контурного фрезерования, для повышения производительности и качества которого можно использовать рекомендации для обработки сложных поверхностей [6-8]. Обработке крупномодульных зубчатых колес в доступной литературе посвящено крайне мало работ [9-13], что приводит к тому, что в производственных условиях для повышения качества и производительности приходится самостоятельно искать решения для имеющегося в распоряжении оборудования.
В условиях ремонтного производства требуется изготавливать широкую номенклатуру крупномодульных зубчатых колес, которые имеют различные параметры (модуль, число зубьев и т.д.). При этом, как правило, такие колеса выпускаются небольшими партиями. В связи с этим возникает ряд проблем по изготовлению таких колес, что связано с технологическими возможностями оборудования, необходимостью конструирования приспособлений, подбору инструмента, оборудования для его изготовления и переточки, и т. д.
Современное зубообрабатывающее оборудование достаточно дорогое, в основном зарубежного производства. Для обработки каждого конкретного колеса требуется специальный комплект инструмента в зависимости от его параметров. Оборудование для заточки и правки инструмента также является специальным и дорогостоящим.
В связи с этим, возникла задача расширения технологических возможностей универсального зубофрезерного станка, конструирование необходимых приспособлений, расчет и проектирования инструмента, разработка последовательности технологических операций, а так же осуществления заточки и переточки инструмента [14]
Цель работы. В условиях действующего ремонтного производства требуется нарезать зубчатые колеса, имеющие крупные габариты - диаметр Б>2500 мм, высота профиля зуба до 350 мм, модуль - до 30 мм, а также колеса с малым числом зубьев 2<19 (рис 1).
Рисунок 1 - Параметры нарезаемого зубчатого колеса
Методика исследований. В работе исследовались различные методы нарезания зубьев с определением точности и качества обработки.
Для обработки таких зубчатых колес используется универсальный зубофрезерный станок модели 5А342П. В обычном исполнении станок поставляется только с главным суппортом, предназначенным для фрезерования прямозубых и косозубых колес наружного зацепления червячной фрезой - методом обкатки и дисковой фрезой - методом
единичного деления [4]. Мощность электродвигателя станка позволяет нарезать зубчатые колеса с максимальным значением модуля т = 20 мм. Для расширения технологических возможностей была разработана конструкция головки для установки концевых модульных фрез, которая работает от привода станка и позволяет нарезать зубчатые колеса данными фрезами с модулем до 50 мм (рис.2).
Рисунок 2 - Головка для установки пальцевых модульных фрез
На производстве используют несколько способов обработки колес данного типа [16]:
- фрезерование пакетом червячных фрез;
- фрезерование дисковой модульной фрезой;
- фрезерование концевой модульной фрезой.
Рисунок 3 - Профиль зуба после обработки: червячной фрезой (слева)
и дисковой модульной обработки
Первый способ, на первый взгляд, является наиболее производительным, не требует большого количества инструмента, достаточно точный (позволяет получить 8 степень точности). Однако при нарезании колес большого диаметра в процессе обработки требуется переточка пакета, для чего необходима его разборка-сборка. При
выполнении этих операций теряется точность позиционирования фрез в пакете, что приводит к потере эвольвентного профиля зуба и качества поверхности (рис 3) [17 - 20].
Второй способ является также высокопроизводительным, но он требует дополнительной оснастки для закрепления дисковой фрезы на станке, специального оборудования для заточки и доводки фрезы, а также комплектов фрез для обработки колес с разными параметрами. При нарезании зуба с крупным модулем не хватает жесткости фрезы при ее креплении на борштанге. Это приводит к искажению профиля зуба, а также к надирам на боковой поверхности (рис.3).
Третий способ является менее производительным по сравнению с двумя предыдущими, так как в силу своей конструкции фреза за один проход снимает небольшой припуск, требуется достаточно большое количество как черновых, так и чистовых проходов. Для получения нормального профиля зуба потребуется комплект фрез из 16-25 штук, в зависимости от требуемой точности. При нарезании зуба крупного модуля данным способом на универсальном станке потребуется дополнительное приспособление - головка.
Для сокращения времени на обработку, предложено подготовить заготовку, сделав на ней прорези концевой фрезой в местах впадин зубов колеса (рис. 4). Данная технологическая операция позволяет сократить количество модульных фрез для черновой обработки, а также сократить время обработки, используя соответствующие режимы резания.
Рисунок 4 - Концевая фреза и профиль зуба после обработки
После этого заготовка обрабатывается в несколько проходов комплектом концевых модульных фрез (рис.5), который состоит из фрез для черновой и чистовой обработки. Зубья фрезы затылуют, используя наклонное затылование под углом к оси фрезы. При этом задний угол по длине режущих кромок примерно постоянный, изменение диаметра при переточке по передней поверхности зубьев незначительно, следовательно, малое искажение профиля нарезаемых впадин колеса после переточки фрезы.
Рисунок 5 - Концевая модульная фреза для чистовой обработки
Черновая фреза с целью снижения сил резания затачиваются с положительным передним углом у = 10°. Профиль режущих кромок делается прямолинейным, а для деления стружки по ширине выполняют стружкоразделительные канавки, расположенные на соседних зубьях в шахматном порядке. Для получения оптимального заднего угла а = 6...8°. зубья фрезы изготавливаются затылованными под углом 15° к оси фрезы.
У чистовой концевой фрезы зубья выполнены остроконечными с заточкой по передним и задним граням. Это дает возможность увеличить значения задних углов до оптимальных величин, увеличить число зубьев, а следовательно, повысить стойкость и производительность фрез. Передний угол фрезы у = 1° для упрощения изготовления, переточки и контроля профиля. Величина заднего угла фрезы постоянная а = 10°.
Для осуществления нарезания зубьев данным способом были спроектированы фрезы для черновой и чистовой обработки. Черновая обработка по ранее обработанной впадине производилась концевой модульной фрезой в 4 прохода, а чистовая в 3 прохода. Определена конструкция фрез и рассчитан профиль фрез.
В производственных условиях эксперимент проводился при нарезании зубчатого колеса из Стали 34ХН1М., HB 218, с параметрами: m = 24 мм, z = 25, D = 646 мм, B = 350 мм.
Результаты и их обсуждение. Обработка включала в себя два технологических перехода:
- первый - подготовительный; на нем производилась прорезка канавок под зубья концевой фрезой. Он включал в себя 5 проходов с глубиной резания t = 10 мм, подачей s = 5 мм/мин, частота вращения фрезы n = 18 мин-1. Время фрезерования составило Т = 146 часов;
- второй - обработка профиля зуба спроектированной концевой модульной фрезой. В него входят черновой, получистовой и чистовой проходы; режимы резания на чистовом проходе: глубина резания t = 1 мм, подача s =10 мм/мин, частота вращения фрезы n = 24 мин-1. Время фрезерования составило Т = 53 часа.
Суммарное время на обработку данной детали с наладками станка составило Т = 215 часов. Процесс нарезания шестерни и полученный
профиль зуба представлены на рисунке 7. Используя данный технологический процесс, получена степень точности соответствующая 9 квалитету.
Рисунок 8 - Процесс нарезания шестерни и профиль зуба
Заключение. Таким образом, внедрение данной технологии при нарезании крупномодульных колес позволило:
- избежать весьма существенных затрат на приобретение нового оборудования (зарубежного зубофрезерного центра с ЧПУ модели У31320СКС6);
- производить на данном станке обработку колес с модулем до 32 мм.;
- повысить производительность процесса зубофрезерование на 15%;
- сократить количество используемого инструмента;
- получать детали требуемой степени точности, удовлетворяющей
условиям их эксплуатации.
Список литературы
1. Моргунов, А.П. Производство зубчатых колес / А.П. Моргунов, И.В. Ревин. -Омск, 2002. - 124 с.
2. Гинзбург, Е.Г. Производство зубчатых колес / Е.Г.Гинзбург, Н.Т. Халебский - Л.: Машиностроение, 1978. - 136 с.
3. Полохин, О. В. Управление процессом нарезания зубьев / О. В. Полохин, А. С. Тарапанов, Г. А. Харламов // Справочник. Инженерный журнал. - 2001, № 6. - С. 8-12.
4. Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. Т2. / Под ред. А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1985. - 496 с.
5. Калашников, С.Н. Зубчатые колёса и их изготовление / С.Н. Калашников, А. С. Калашников. - М.: Машиностроение, 1983 - 264 с.
6. Козлов, А.М. Повышение производительности чистового фрезерования вогнутых поверхностей сложной формы на станках с ЧПУ / А.М. Козлов, Г.Е. Малютин // Вестник машиностроения. - 2014. №12. - С.71-75
7. Козлов, А.М. Расчет подачи при чистовом фрезеровании вогнутых поверхностей на станках с ЧПУ / А. М. Козлов, Г.Е. Малютин // Современные направления и перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении // Материалы международной научно-технической конференции. - Севастополь: ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет», 2015. - С. 40-45
8. Козлов, А.М. Параметрическое управление подачей при фрезеровании сложных поверхностей на станках с ЧПУ / А.М. Козлов, Г.Е. Малютин // Известия Тульского
государственного университета. Технические науки. Вып. 8. Ч. 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. - С. 59-64
9. Локтев, Д.А. Современные методы и технологические решения эффективной обработки зубчатых колес крупного модуля // «Стружка» №1/2, 2011.
10. Коган, Б.И. Обработка зубьев цилиндрических крупномодульных зубчатых колес. - Кемерово, 2003 - 56 с.
11. Тимофеев, Ю.В. Специальные технологи зубообработки крупномодульных закаленных колес. Монография / Ю.В. Тимофеев, В.Ф. Шаповалов, А.А. Клочко. -Краматорск: ДГМА, 2011. - 128с.
12. Тимофеев, Ю.В. Технологические аспекты обработки крупномодульных закаленных зубчатых колес / Ю.В. Тимофеев, Е.В. Мироненко, В.Ф. Шаповалов, А.А. Клочко // Надежность инструмента и оптимизация технологических систем: сб. науч.тр. - Краматорск: ДГМА.2010. Вып.26. С.183-190.
13. Шаповалов, В.Ф. Расширение технических возможностей тяжелых зуборезных станков / В.Ф. Шаповалов, В.И. Печеный, Н.И. Аристархов // Вестник машиностороения. 1994. №6. - С.30-31
14. Иноземцев, Г.Г. Обработка цилиндрических зубчатых колес фрезерными головками методом непрерывного единичного деления. - Изд-во Саратовского ун-та 1973 - 348 с.
15. Бараболь, С.Я. Зубофрезерование цилиндрических зубчатых колес червячными фрезами. Справочное пособие. -Киев.: Техника, 1992. - 35 с.
16. Овумян, Г.Г. Справочник зубореза / Г.Г. Овумян, Я.И. Адам. - М.: Машиностроение, 1983. - 223 с.
17. Феофилов, Н.Д. Контроль расположения и геометрических размеров элементов сборной червячной фрезы / Н.Д. Феофилов, Е.С. Янов, // Известия ТулГУ. Сер. «Технические науки». Вып. 8: в 2 ч. Ч. 2. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. - С. 86-92.
18. Феофилов, Н. Д. Исследование поверхностного слоя детали при зубофрезеровании сборными червячными фрезами / Н.Д. Феофилов, И. А. Воробьев, Е.С. Янов // Изве-стия ТулГУ. Сер. «Технические науки». Вып. 10. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 217 с. С. 162-169.
19. Fomin A.A., Gusev V.G. and Sattarova Z.G. Geometrical errors of surfaces milled with convex and concave profile tools. Solid State Phenomena 284 (2018): 281-288. doi:10.4028/www.scientific.net/SSP.284.281
20. Research of grinding process of gears with involute profile to increase its efficiency T N Ivanova, A I Korshunov , I N Sannikov , V N Tyukpiekov MEACS 2017 IOP Publishing IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 327 (2018) 042046 doi:10.1088/1757-899X/327/4/042046
Kozlov Alexander Mikhailovich, doctor of technical Sciences, prof., head of department (e-mail: kam-48@yandex.ru) Dmitry Romanovich Savenkov, master, (e-mail: kentor111@mail.ru) Lipetsk state technical University, Lipetsk, Russia
EXPANSION OF TECHNOLOGICAL POSSIBILITIES OF UNIVERSAL GEAR HOBBING MACHINE WHEN CUTTING GRUPOROBLE GEARS
The article deals with the problem and ways to expand the technological possibilities of cutting large-modulus gears in the conditions of re-production on a universal gear hobbing machine with the use of a designed milling head. Key words: large-modulus gears, gear milling, modular cutter.
