СПОСОБ ПРЕРЫВИСТОГО ШЛИФОВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС С КРУГОВЫМИ ЗУБЬЯМИ Российский патент 2000 года по МПК B23F9/02 

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано в производстве цилиндрических зубчатых колес с круговыми зубьями.

Известен способ шлифования круговых зубьев колес чашечным цилиндрическим кругом [1] , при котором осуществляются следующие движения: вращение шлифовального круга, являющееся главным движением, и обкат, сообщаемый заготовке. Преимуществом этого способа является сравнительная простота движений, а следовательно, и простота конструкции станка.

Однако способ имеет и существенный недостаток. При шлифовании широковенцовых колес приходится снижать интенсивность процесса, так как увеличивается зона контакта круга с заготовкой, возрастает сила резания и ухудшаются условия подвода охлаждающей жидкости в зону резания. В результате возникают прижоги и трещины на поверхности зубьев, а также снижается точность зубообработки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ обработки цилиндрических колес с круговыми зубьями шлифовальным инструментом, спрофилированным на базе исходной рейки, который реализуют в условиях обката, где при прямом и обратном ходе обрабатывают различные впадины зубьев колес [2]. Во время обработки в зацепление с инструментом дополнительно вводят вторую заготовку, ось которой параллельна оси первой заготовки, а расстояние между осями заготовок равно номинальному диаметру инструмента. При прямом ходе заготовок обрабатывают впадину первой заготовки, а при обратном - впадину второй заготовки.

Недостатком этого способа является значительная сложность движений, а, следовательно, сложность конструкции станка и сложность настройки. Кроме того, при шлифовании широковенцовых колес из легированных, трудношлифуемых сталей и сплавов увеличивается зона контакта круга с заготовкой, возрастает сила резания и ухудшаются условия подвода охлаждающей жидкости в зону резания. В результате возникают внутренние растягивающие напряжения, приводящие к прижогам и трещинам на поверхности зубьев, а также снижается точность зубообработки. Вследствие этого приходится снижать интенсивность процесса.

Задачей изобретения является повышение производительности зубошлифования и предотвращения прижогов путем прерывания контакта инструмента с заготовкой, т.е. прерывание зоны резания.

Поставленная задача решается предлагаемым способом прерывистого шлифования цилиндрических колес с круговыми зубьями абразивным инструментом, спрофилированным на базе исходной рейки, в условиях обката, при котором при прямом и обратном ходах обрабатывают различные впадины зубьев колес, при этом инструмент перед обработкой эксцентрично смещают на инструментальном шпинделе таким образом, что при последующей правке выступающие наружная "H" и внутренняя "B" производящие поверхности с длиной дуги, стягивающей центральный угол 180^o каждая, работают как выступы попеременно: пол-оборота - наружная "H" производящая поверхность, следующие пол-оборота - внутренняя "B" производящая поверхность, при этом по мере износа и затупления выступов круг переналаживают и возвращают в первоначальное с нулевым эксцентриситетом положение.

На фиг. 1 показана схема обработки шлифованием круговых зубьев чашечным цилиндрическим кругом, установленным эксцентрично относительно оси шпинделя инструмента; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1
Обработку цилиндрических колес с круговыми зубьями по предлагаемому способу осуществляют инструментом, выполненным, например, в виде чашечного цилиндрического шлифовального круга 1, ось O₁ вращения которого со скоростью ω₁ перпендикулярна направлению обката заготовки 2 или в случае двусторонней обработки двух заготовок 2 и 3. При этом для предотвращения прижогов на рабочих поверхностях зубьев зону контакта инструмента 1 с заготовкой 2 и 3 плавно прерывают путем эксцентричной установки чашечного цилиндрического шлифовального круга 1 с осью O₂. Для этого инструмент поворачивают на инструментальном шпинделе (при неподвижном состоянии последнего) вокруг оси O₁, плавно регулируя величину эксцентриситета от нуля до
2ε = ε_ф+ε_к,
где ε_ф - величина смещения осей наружной цилиндрической O₂ и внутренней конической O_к поверхностей фланца 4; ε_к - величина смещения осей наружной O_к и внутренней O₁ конических поверхностей корпуса 5, причем
ε_ф = ε_к.
Вначале круг профилируют, как при традиционном способе зубошлифования круговых зубьев колес чашечным цилиндрическим кругом на базе исходной рейки в условиях обката [1] при величине эксцентриситета 2ε = 0, когда оси круга O₂ и шпинделя O₁ совпадают.

Затем производят эксцентричное смещение и окончательную правку. Задача окончательной правки убрать эксцентрично выступающие сегменты C_н на наружной "H" и C_в (фиг. 2) на внутренней "B" производящих поверхностях, при этом номинальный диаметр D круга после первой и второй правок оставляют постоянным.

Благодаря такой эксцентричной установке круга с последующей вторичной правкой только выступающих частей его наружная "H" и внутренняя "B" производящие поверхности контактируют с заготовкой прерывисто. Наружная "H" и внутренняя "B" производящие поверхности имеют по одному выступу, образованному вторичной правкой, и одной впадине, образованной первичной правкой и эксцентричным смещением. Причем выступы наружной и внутренней производящих поверхностей расположены диаметрально противоположно и во впадине зуба одной заготовки работают попеременно: пол-оборота - наружная "H" производящая поверхность, следующие пол-оборота - внутренняя "B" производящая поверхность.

В случае одновременной обработки двух заготовок (фиг.2) выступ наружной производящей поверхности обрабатывает одну заготовку, а выступ внутренней производящей поверхности обрабатывает вторую заготовку.

Таким образом, предлагаемый способ прерывистого шлифования цилиндрических колес с круговыми зубьями позволяет производить шлифование с определенными интервалами, которые снижают температуру в рабочей зоне. Причем продолжительность резания между этими интервалами равна времени разрыва процесса. Тепловое насыщение металла прекращается и за время разрыва поверхность заготовки охлаждается. Под тепловым насыщением понимается такое состояние поверхности, когда ее температура достигает максимума и сохраняется определенное время. При этом состоянии возможно образование дефектов, ухудшающих эксплуатационные свойства деталей. За счет интервалов разрыва процесса удается заметно снизить температуру в зоне резания и избежать появления дефектов шлифования.

Подобный процесс осуществляют традиционными прерывистыми кругами, состоящими из отдельных сегментов, закрепленных на планшайбе. Однако эти круги имеют существенный недостаток. Обусловленные наличием впадин резко уменьшаются: виброустойчивость, прочность и площадь рабочей поверхности инструмента, что снижает размерную стойкость инструмента, качество и производительность обработки.

При обработке по предлагаемому способу по мере износа круга, затупления и засаливания его рабочих поверхностей выступов в работу вводятся режущие поверхности впадин. Для этого возвращают круг в первоначальное положение, которое он занимал после первой правки, т.е. в положение с суммарным эксцентриситетом, равным нулю
2ε = 0.
При таком положении затупленные, потерявшие режущие свойства рабочие поверхности отработанных выступов окажутся во впадинах и не будут участвовать в обработке.

Предлагаемый способ с данной переналадкой круга позволяет полностью использовать общее количество зерен, содержащееся в целом круге, при этом эффективно используя достоинства прерывистого шлифования. Расход абразивного инструмента при этом снижается на 25-50% по сравнению с прерывистыми кругами.

Предлагаемый способ выгодно отличается повышенной виброустойчивостью благодаря плавному и безударному входу и выходу режущей абразивной поверхности в зону резания, высокой прочностью инструмента ввиду целостности шлифовального круга, хотя сам процесс прерывистый, что повышает размерную стойкость инструмента, предотвращает поломку и выкрашивание абразива, а снижение температуры в зоне шлифования позволяет повысить интенсивность процесса, производительность и качество обработки.

Пример. Обработка цилиндрических колес с круговыми зубьями по предлагаемому способу осуществлялась на модернизированном зубошлифовальном станке типа "Niles" мод. ZSTZ 315х6C (ГДР). Модернизация заключалась в развороте оси шлифовального шпинделя перпендикулярно направлению обката. Были отшлифованы зубья партии роторов шестеренных насосов ШФ8-25 с числом зубьев 10, модулем 4 мм и шириной венца 70 мм. Шлифование проводилось чашечным цилиндрическим абразивным кругом с номинальным ⊘130 мм, установленным на шпинделе с эксцентриситетом 2ε = 0,2 мм.
Характеристика круга: марка абразивного зерна - 24A; зернистость - 40, твердость - C1; структура - 7; связка - бакелитовая. Припуск на зубошлифование на толщину зуба - 0,3 мм; допуск припуска на толщину зуба (в тело) - 0,07 мм. Режимы зубошлифования: подача при обкатке - 0,65 мм/дв.ход; подача на глубину шлифования: предварительная -0,10 мм/ход; окончательная - 0,02 мм/ход.

Контроль круговых зубьев осуществлялся в среднем сечении колеса на универсальном зубоизмерительном приборе фирмы Zeiss (ГДР), эвольвентомере типа КЭУ и биенемере мод. Б-10М. Точность шлифованных роторов по всем параметрам (отклонение и накопленная погрешность шага, радиальное биение зубчатого венца, колебание длины общей нормали, погрешность профиля зуба) была не ниже 7 степени точности по ГОСТ 1643-81.

Расположение пятна контакта проверялась по краске. Оно занимало середину зуба и не выходило на торцы. Длина пятна контакта и приведенные зазоры, замеренные щупом на торце зуба, соответствовали расчетным приведенным зазорам.

Применение предлагаемого способа повысило производительность обработки в 1,5 раза, позволило исключить операцию получистового шлифования благодаря улучшению шероховатости на 1,5-2 класса. При этом расход абразивного инструмента снизился на 20%.

Преимуществом способа прерывистого шлифования цилиндрических колес с круговыми зубьями чашечным цилиндрическим кругом, установленным эксцентрично, является сравнительная простота движений, а, следовательно, простота конструкции станка и простота настройки.

При шлифовании зубьев, и особенно колес широковенцовых с увеличенной зоной контакта круга с заготовкой зона резания прерывается, и, несмотря на возрастание силы резания, снижается теплонапряженность процесса и улучшаются условия подвода охлаждающей жидкости в зону резания. В результате гарантируется бесприжоговая обработка поверхности зубьев и повышение точности зубообработки. Вследствие этого появляется возможность интенсивности процесса.

Изобретение относится к металлообработке, производству цилиндрических зубчатых колес с круговыми зубьями. Способ включает обработку в условиях обката различных впадин зубьев колес при прямом и обратном ходах кругом, установленным на инструментальном шпинделе и спрофилированным на базе исходной рейки. Для снижения теплонапряженности процесса обработки и улучшения условий подвода охлаждающей жидкости в зону резания круг перед обработкой смещают на инструментальном шпинделе с образованием после правки выступающих наружной и внутренней производящих поверхностей с длиной дуги, стягивающей центральный угол 180° каждая, работающих попеременно пол-оборота наружной производящей поверхностью и следующие пол-оборота внутренней производящей поверхностью. При этом после износа указанных наружной и внутренней производящих поверхностей круг переналаживают и возвращают в первоначальное положение с нулевым эксцентриситетом. В результате гарантируется бесприжоговая обработка поверхности зубьев и повышается точность зубообработки, появляется возможность интенсификации процесса обработки, сокращается расход абразивного инструмента. 2 ил.

Способ прерывистого шлифования цилиндрических колес с круговыми зубьями, включающий обработку в условиях обката различных впадин зубьев колес при прямом и обратном ходах кругом, установленным на инструментальном шпинделе и спрофилированным на базе исходной рейки, отличающийся тем, что круг перед обработкой смещают на инструментальном шпинделе с образованием после правки выступающих наружной и внутренней производящих поверхностей с длиной дуги, стягивающей центральный угол 180^o каждая, работающих попеременно пол-оборота наружной производящей поверхностью и следующие пол-оборота внутренней производящей поверхностью, при этом после износа указанных наружной и внутренней производящих поверхностей круг переналаживают и возвращают в первоначальное положение с нулевым эксцентриситетом.