CC BY
24
шттгтт
УДК 621.833
Влияние угла подъема винтовой линии на возможное количество переточек бреющего червяка
Р. М. Хисамутдинов, В. А. Авдеев
В конце сороковых годов двадцатого века в России был разработан принципиально новый способ чистовой обработки зубчатых колес — бреющее зуботочение. Инструмент для такой обработки отличается тем, что вместо зубьев имеет сплошную винтовую режущую кромку. По этой методике получены два авторских свидетельства [1, 2] и защищена кандидатская диссертация [3], однако вопрос оптимального подбора конструктивных параметров инструмента этого типа остался сла-боизученным.
Сегодня известны три конструкции бреющего червяка:
• односторонний бреющий червяк Сапронова [1] (рис. 1);
• двусторонний бреющий червяк Сморка-лова [2] (рис. 2);
• двусторонний авторский бреющий червяк с прямоугольным профилем [4] (рис. 3).
Идея формообразования при бреющем зу-боточении состоит в том, что если нормальный шаг нарезки червяка будет равен окружному шагу зубьев шестерни на ее основной окружности, то при их согласованном вращении винтовая кромка вырежет на боковой поверхности зуба идеальную эвольвенту.
Таким образом, исходным конструктивным параметром данного вида инструмента является шаг винтовой линии в нормальном сечении, рассчитываемый по формуле
Рп = ятеоБ а,
(1)
где т — модуль зуба обрабатываемого колеса; а — угол профиля исходного контура обрабатываемого колеса.
Вторым важным конструктивным параметром бреющего червяка является угол подъема винтовой линии, рассчитываемый по формуле
у = агоБт
Рп} пБ
(2)
где I — количество заходов винтовой нарезки; Б — наружный диаметр червяка.
Для изготовления инструмента требуется значение осевого хода винтовой линии, рассчитываемое по формуле
Рис. 2. Бреющий червяк Сморкалова
МЕТАЛЛООБРАБОТКА
Рп*
еоэ у
(3)
у.
При проектировании классических червячных фрез принято считать, что угол у имеет значение только для наладки инструмента на станке: на этот угол необходимо повернуть ось фрезы относительно направления зуба заготовки. Однако для бреющего червяка в силу особенности формообразования этот параметр ключевым образом влияет на эффективность эксплуатации инструмента в производстве.
Дело в том, что в отличие от классической червячной фрезы режущая кромка бреющего червяка находится исключительно на наружном диаметре, который при резании выполняет роль передней поверхности. В процессе эксплуатации инструмент будет изнашиваться. Переточка инструмента по передней поверхности — наружному диаметру О — приведет к его уменьшению до диаметра О2 (рис. 4, 5).
Из формулы (2) видно, что с уменьшением наружного диаметра угол подъема винтовой линии увеличится. При этом осевой шаг винтовой нарезки, выполненный конструктивно при изготовлении, остается неизменным и рассчитывается по формуле
Р
Р =
Р I '
(4)
Из формулы (3) следует, что при увеличении угла подъема винтовой линии уменьшается ее нормальный шаг, который можно рассчитать по формуле
Рп2 = Рг еОЙ Y2,
(5)
Г)
Рис. 5. Винтовые линии до и после переточки
где у2 — угол подъема винтовой линии после переточки.
Изменение нормального шага определяется как (рис. 6)
^п = Рп2
Рп.
(6)
Так как в формуле (3) участвует Рх, то можно добиться восстановления значения Рп за счет переточки инструмента по задней поверхности с увеличением осевого хода винтовой линии. Требуемый осевой ход винтовой линии после переточки можно рассчитать по формуле
Рх 2 -
Рп*
е°Э У2
(7)
Рис. 4. Диаметры переточки
Рис. 6. Изменение нормального шага после переточки
№ 3 (69)/2012
ЙпЛООБШТКА
Изменение осевого хода определяется как
^Рх = Рх2 - Рх. (8)
Проверим известные конструкции бреющих червяков на максимальное количество возможных переточек по наружному диаметру на стандартную глубину 0,9 мм.
Бреющий червяк Сапронова (г = 11, Б = = 87,861 мм, у = 30°) уже после второй переточки имеет недопустимое значение ДРп = -0,13 мм и требует корректировки осевого хода. Пятая переточка уже невозможна, так как требуемая корректировка осевого хода на величину ДРх = +4,73 мм, превышает конструктивную ширину передней поверхности режущего витка (4,39 мм).
Бреющий червяк Сморкалова (г = 7, Б = 77 мм, у = 21,29°) после второй переточки имеет значение ДРп = -0,08 мм, превышающее допуск на окружной шаг зубьев шестерни, и требует корректировки осевого хода. Шестая переточка невозможна, так как требуемая корректировка осевого хода с двух сторон на величину ДРх = +2,17 мм превышает конструктивную ширину передней поверхности (4 мм).
Эффективность применения бреющего червяка в производстве уместно сравнивать с ше-вером, инструментом для чистовой обработки эвольвентных профилей цилиндрических зубчатых колес. В реальном механообраба-тывающем производстве ОАО «КамАЗ» стойкость между переточками обычных шеверов из быстрорежущей стали составляет около 3000 деталей. С учетом четырех возможных переточек жизненный цикл шевера составляет до 18 000 обработанных деталей.
Жизненный цикл бреющих червяков конструкции Сапронова и Сморкалова не превышает 15 000-18 000 деталей. К этому нужно добавить сложность и трудоемкость переточки винтовых профилей по задней поверхности с корректировкой осевого шага.
Авторский двусторонний бреющий червяк с прямоугольным профилем (г = 1, Б = 120 мм, у = 2 °41'35") лишен этих недостатков. Даже после 15-й переточки ДРп = -0,013 мм (в пределах поля допуска), поэтому корректировки осевого хода не требуется. Переточка производится только по наружному диаметру, что просто, дешево и не требует высокой квалификации и специального высокоточного оборудования. Причина такого выигрыша в эффективности очевидна — в использовании однозаходной винтовой нарезки. Действительно, из формулы (2) следует, что увеличение количества заходов с одного до двух можно компенсировать только 2-кратным увеличением наружного диаметра
червяка, что явно неэффективно, так как резко увеличивает металлоемкость инструмента.
Выводы
1. Угол подъема винтовой линии оказывает решающее влияние на возможное количество переточек бреющего червяка. Чем меньше угол, тем большее количество переточек возможно.
2. Ключевым параметром, оказывающим решающее воздействие на угол подъема винтовой линии, является количество заходов винтовой нарезки. Число заходов более двух резко снижает эффективность применения бреющих червяков в производстве.
3. Применение бреющих червяков конструкций Сапронова и Сморкалова в реальном производстве неэффективно из-за малого допустимого количества переточек.
4. Рекомендация Сапронова относительно того, что «...значение угла подъема винтовой линии должно быть постоянно и близко к 30°.» [4, с. 19], явно ошибочна1.
Литература
1. Пат. 1378187 Российская Федерация. Способ чистовой обработки эвольвентных профилей зубьев зубчатых колес / А. А. Михайлов, В. А. Комаров, В. И. Винокуров; заявитель и патентообладатель Всесоюз. заоч. машиностроит. ин-т; заявл. 05.03.1986; опубл. 07.03.1993. Бюл. № 9.
2. Пат. 2005013 Российская Федерация. Способ чистовой обработки зубьев эвольвентных зубчатых колес / Н. В. Сморкалов, В. П. Скрипин, В. П. Птицин и др.; заявитель и патентообладатель Кам. политех. ин-т; за-явл. 31.10.1990; опубл. 30.12.1993. Бюл. № 47-48.
3. Сапронов В. С. Повышение эффективности финишной зубообработки бреющим зуботочением: дис. ... канд. техн. наук. М., 1995.
4. Пат. 103771 Российская Федерация. Инструмент червячного типа для чистовой обработки зубчатых колес / Н. А.Чемборисов, Р. М.Хисамутдинов, В. А. Авдеев; заявитель и патентообладатель ОАО «КамАЗ»; заявл. 29.11.2010; опубл. 27.04.2011. Бюл. № 12.
5. ГОСТ 16530—83. Передачи зубчатые. Общие термины, определения и обозначения. М.: Изд-во стандартов.
6. ГОСТ 18498—89. Передачи червячные. Термины, определения и обозначения. М.: Изд-во стандартов.
7. Чемборисов Н. А., Хисамутдинов Р. М., Авдеев В. А. Прогрессивный режущий инструмент для зу-бообработки // Металлообработка. 2009. № 5. С. 2-5.
1 Во всех своих работах Сапронов ошибочно обозначает угол подъема винтовой линии как угол между касательной к винтовой линии и плоскостью осевого сечения червяка. Должен быть угол между касательной к винтовой линии и плоскостью торцевого сечения червяка [6, с. 50]. Поэтому его рекомендацию относительно угла 60° следует понимать как 30°.
и
№ 3(69)/2012
