СПОСОБ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС Российский патент 2003 года по МПК B23H1/00 B23H7/02 

Изобретение относится к области машино-, приборостроения, в частности к электроэрозионной обработке (ЭЭО) сложнопрофильных изделий из токопроводящих материалов проволочным электродом-инструментом (ЭИ) на электроэрозионных вырезных станках с ЧПУ, и может быть использовано при изготовлении цилиндрических эвольвентных нереверсивных, малонагруженных зубчатых колес (ЗК) с наружными зубчатыми венцами (ЗВ).

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является способ ЭЭО ЗК, в котором ЗВ цилиндрического эвольвентного ЗК формируется на электроэрозионном вырезном станке с ЧПУ за счет согласованных (подчиненных законам описания эквидистант эвольвентных боковых поверхностей, поверхностей вершин и впадин между зубьями) координатных перемещений проволочного ЭИ в осях Х и У (обработка по контуру) по траектории, задаваемой от управляющей программы (УП) (см. Кравченко Д.В. Влияние качества управляющих программ на точность цилиндрических зубчатых изделий с наружными зубчатыми венцами, полученных электроэрозионным вырезанием на станках с ЧПУ // Вестник УлГТУ. Серия "Машиностроение, строительство". Ульяновск: УлГТУ, 1998. Вып. 2. С. 88-97; Горский В.А, Лопухов М. И. Электроэрозионная обработка матриц для литья полимерных шестерен // Электрофизические и электрохимические методы обработки. М.: НИИМАШ,1982. Вып. 4. С. 12-13; Думпе В.Э. Электроэрозионная обработка деталей. Киев: Техника, 1975, 144 с.), принятый за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе торцовые профили (левый 1 и правый 2) (фиг. 1) боковых поверхностей для каждого из зубьев 3 ЗВ 4 формируют эвольвентными с учетом предъявляемых требований к точности ЗК 5 по параметру погрешность торцового эвольвентного профиля f_fr независимо от того, является ЗК реверсивным или нереверсивным.

Для случая использования ЗК 5, как нереверсивного и малонагруженного, в зубчатой передаче (ЗП) контакт между зубьями будет всегда осуществляться только лишь по одной из боковых поверхностей с левым 1 или правым 2 торцовым эвольвентным профилем зуба 3, следовательно, требования к точности формы, не участвующей в зацеплении, вспомогательной боковой поверхности зуба 3 могут быть значительно менее жесткими, а число формообразующих точек торцового профиля, а соответственно и число опорных точек траектории ЭИ, этой боковой поверхности должно быть задано минимально допустимым.

Таким образом, при использовании известного способа, принятого за прототип, для случая ЭЭО нереверсивных и малонагруженных ЗК число опорных точек траектории перемещения проволочного ЭИ на электроэрозионное формообразование торцовых профилей вспомогательных боковых поверхностей зубьев ЗК, не участвующих в зацеплении, будет существенно завышено. Это повлияет на увеличение объема УП и длины траектории перемещения ЭИ, что не позволит обеспечить максимальную производительность и минимальную себестоимость обработки нереверсивного ЗК.

Сущность изобретения заключается в решении задачи по разработке такого варианта электроэрозионного формообразования вспомогательных боковых поверхностей зубьев нереверсивного и малонагруженного ЗК, не участвующих в зацеплении, при котором обеспечивается максимальная производительность и минимальная себестоимость зубовырезания.

Технический результат - повышение производительности и уменьшение себестоимости ЭЭО нереверсивных малонагруженных эвольвентных ЗК.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе ЭЭО ЗК ЗВ 4 (фиг. 2) цилиндрического эвольвентного ЗК 5 формируется на электроэрозионном вырезном станке с ЧПУ за счет согласованых координатных перемещений проволочного ЭИ 7 в осях Х и Y (обработка по контуру) по траектории, задаваемой от УП.

Особенность заявляемого способа заключается в том, что с целью повышения производительности и уменьшения себестоимости ЭЭО нереверсивного малонагруженного ЗК 5, для электроэрозионного формообразования вспомогательных боковых поверхностей зубьев 3, не участвующих в зацеплении, от УП в устройстве ЧПУ электроэрозионного станка при работе линейного интерполятора задают такую траекторию 12 координатных перемещений проволочного ЭИ 7 от одной опорной точки 13 (х₁ ^T; y₁ ^T) у ножки зуба 3 к другой (х₂ ^T; y₂ ^T) у вершины зуба 3, при которой торцовый эвольвентный профиль 1 вспомогательной боковой поверхности аппроксимируется отрезком прямой 11, проходящей через точки 14 (М и А) начала и конца его формообразования, при этом число N₁ ^В этих точек задают минимально допустимым и независимо от геометрии ЗК 5 (модуля m и числа зубьев z) принимают равным двум (N₁ ^B=2).

По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого изобретения, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

По мнению авторов, сущность заявляемого изобретения не следует для специалиста главным образом из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый технический результат - новое свойство объекта - совокупность признаков, которые отличают от прототипа заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

На чертежах представлено:
на фиг.1 изображено цилиндрическое эвольвентное дисковое ЗК 5, ЗВ 4 которого получен электроэрозионным вырезанием на станке с ЧПУ по способу, принятому за прототип. Это колесо 5 в конструкции ЗП может выполнять функцию как реверсивного, так нереверсивного ЗК, исходя из того, что торцовые профили (левый 1 и правый 2) боковых поверхностей для каждого из зубьев 3 ЗВ 4 формируют эвольвентными;
на фиг.2 изображен технологический эскиз фрагмента программной ЭЭО заготовки 8 ЗК 5, закрепленной прихватами 9 на столе 10 электроэрозионного вырезного станка, проволочным ЭИ 7, закрепленным в направляющих инструментальной скобы 6, по предлагаемому способу;
на фиг.3 представлен алгоритм расчета координат (х_N ^T; y_N ^T) траектории 12 перемещения проволочного ЭИ 7 на формообразовании профиля вспомогательной боковой поверхности зуба 3 нереверсивного малонагруженного ЗК 5, представленного в виде отрезка прямой 11, проходящей через точки 14 М и А начала и конца его формообразования, соответственно у ножки и вершины зуба 3;
на фиг. 4 изображено цилиндрическое эвольвентное дисковое ЗК 5, ЗВ 4 которого получен электроэрозионным вырезанием на станке с ЧПУ по предлагаемому способу. Колесо 5 в конструкции ЗП может выполнять функции только нереверсивного малонагруженного ЗК. Правый 2 профиль исполнительной боковой поверхности зуба 3 сформирован эвольвентным, а левый профиль вспомогательной боковой поверхности зуба 3 в виде отрезка прямой 11.

Предлагаемый способ ЭЭО ЗИ может быть реализован на базе любого из электроэрозионных вырезных станков с контурной системой ЧПУ при работе линейного интерполятора (СВЭИ-2, СВЭИ-7, 4532 ФЗ, AGIECUT 200, ROBOFIL 4020 и пр.) следующим образом:
- заготовка 8 ЗК 5 (фиг.2), изготовленная с точностью, удовлетворяющей заданной степени точности ЗК, в виде пластины с предварительно обработанными поверхностями и посадочным отверстием диаметром d_по устанавливается на столе 10 электроэрозионного станка и закрепляется прихватами 9;
- в посадочное отверстие диаметром d_по вводится проволочный ЭИ 7, закрепленный в направляющих инструментальной скобы 6, и осуществляется ручной или автоматический вывод его в исходную точку, совпадающую с центром посадочного отверстия;
- из исходной точки ЭИ 7 выводится в точку с координатами (0; L + 2), тем самым обеспечивается его положение за пределами заготовки 8, где L в мм;
- после погружения заготовки 8 в ванну с рабочей жидкостью и установлениям необходимых режимов обработки от генератора импульсов, механизмов перемотки и натяжения проволочного ЭИ 7 от УП в направлении, обозначенном стрелками, задаются согласованные координатные перемещения проволочного ЭИ 7 на формообразование ЗВ 4 ЗК 5. Координаты х_N ^T, y_N ^T, т.е. х₁ ^T, y₁ ^T и х₂ ^T, y₂ ^T траектории 12 проволочного ЭИ 7 на формообразование вспомогательных боковых поверхностей зубьев ЗВ 4 для нереверсивного малонагруженного ЗК 5 рассчитываются в соответствии с предлагаемым алгоритмом на фиг.3.

В результате ЭЭО сформируется ЗВ 4 нереверсивного малонагруженного ЗК 5, представленного на фиг.4.

Результатами проведенных исследований установлено, что при прочих равных условиях в сравнении с прототипом на формообразование отдельно взятых вспомогательных боковых поверхностей зубьев, профиль которых представляет прямую, а не дугу эвольвенты окружности, в предлагаемом способе потребуется в (1,5-7,5) раз меньше число опорных точек 13 траектории 12 проволочного ЭИ 7, что позволяет сократить объем УП электроэрозионного зубовырезания в (1,35-7,35) раз и длину траектории на (0,25-6,46)%, а в итоге уменьшить себестоимость ЭЭО ЗК на (0,27-6,54)% для нереверсивных ЗК шестой - восьмой степени точности с m=(1,5-4,5) мм, z=20-80 и шириной ЗВ b=(2-6)мм.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого способа следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленный способ при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно машино-, приборостроении при ЭЭО сложнопрофильных изделий из токопроводящих материалов проволочным ЭИ на станках с ЧПУ, а именно цилиндрических эвольвентных нереверсивных малонагруженных ЗК с наружными ЗВ;
- для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до приоритета средств и методов.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Изобретение может быть использовано при изготовлении сложнопрофильных изделий из токопроводящих материалов, в частности цилиндрических эвольвентных нереверсивных зубчатых колес с наружными зубчатыми венцами. Для формообразования вспомогательных боковых поверхностей зубьев от управляющей программы в устройстве ЧПУ электроэрозионного станка задают траекторию координатных перемещений проволочного электрода-инструмента от одной опорной точки у ножки зуба к другой у вершины зуба. При этом торцовый эвольвентный профиль вспомогательной боковой поверхности аппроксимируется отрезком прямой, проходящей через точки начала и конца его формообразования. Число этих точек задают минимально допустимым и независимо от геометрии зубчатого колеса принимают равным двум. Способ позволяет повысить производительность и уменьшить себестоимость обработки нереверсивных малонагруженных эвольвентных зубчатых колес. 4 ил.

Способ электроэрозионной обработки зубчатых колес, при котором зубчатый венец цилиндрического эвольвентного зубчатого колеса формируют на электроэрозионном вырезном станке с ЧПУ за счет согласованных координатных перемещений проволочного электрода-инструмента в осях Х и Y по траектории, задаваемой от управляющей программы, отличающийся тем, что при электроэрозионной обработке нереверсивного малонагруженного зубчатого колеса для формообразования вспомогательных боковых поверхностей зубьев от управляющей программы в устройстве ЧПУ электроэрозионного станка при работе линейного интерполятора задают такую траекторию координатных перемещений проволочного электрода-инструмента от одной опорной точки (х₁ ^T; y₁ ^T) у ножки зуба к другой (х₂ ^T; y₂ ^T) у вершины зуба, при которой торцовый эвольвентный профиль вспомогательной боковой поверхности аппроксимируется отрезком прямой, проходящей через точки начала и конца его формообразования, при этом число N₁ ^В этих точек задают минимально допустимым и независимо от модуля и числа зубьев зубчатого колеса принимают равным двум.