Полная версия

Главная arrow Техника arrow Абразивная обработка

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

СПЕЦИАЛЬНАЯ НАЛАДКА ЗУБОШЛИФОВАЛЬНОГО СТАНКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ КРУГОМ С ДВУСТОРОННИМ КОНИЧЕСКИМ ПРОФИЛЕМ

ШЛИФОВАНИЕ ПРЯМОЗУБЫХ КОЛЕС

На зубошлифовальных станках с кругом двустороннего конического профиля угол аш правки круга может отличаться на несколько градусов от угла а исходного контура шлифуемого колеса, т.е. аш ф а. В частности, шлифовальным кругом с углом ос = 20° можно шлифовать шлицы эвольвентного профиля с углом а — 30°.

Теоретическая основа такой возможности заключается в том, что с конкретным зубчатым колесом может зацепляться не одна, а множество прямолинейных реек, при этом шаги зацепления колеса и рейки должны быть равны.

На зубошлифовальных станках с двумя тарельчатыми кругами возможны способы шлифования зубьев при наклоне суппортов под углом аш = 20° и при параллельном расположении кругов при аш = 0° (мод. 5А851). Нуль-градусный метод шлифования зубьев тарельчатыми кругами (аш Ф а) изложен достаточно полно в технической литературе, а о специальной наладке (аш Ф а) при шлифовании кругом с двусторонним коническим профилем имеются лишь отдельные публикации, хотя на предприятии транспортного машиностроения такой метод шлифования зубьев успешно внедрен.

Специальную наладку, когда осш Ф а, можно выполнять при шлифовании как прямых, так и косых зубьев. При шлифовании косых зубьев наладка более сложная.

Специальная наладка при шлифовании прямых зубьев в зависимости от параметров зубчатого венца может обеспечить некоторые преимущества:

  • • повышение производительности зубошлифования на 15...25% без форсирования режимов резания;
  • • сохранение угла правки круга (обычно ащ = 20°) при переходе на стандартное зубошлифование, благодаря чему удается избежать увеличенного расхода абразива и алмаза;
  • • расширение реальных технологических возможностей станка, что позволит шлифовать зубья такого зубчатого колеса, которое при стандартной наладке станка было бы невозможно шлифовать. Форсирование режимов при зубошлифовании в большинстве случаев недопустимо, поскольку приводит к образованию поверхностных

дефектов (прижогов, остаточных напряжений растяжения, микротрещин), которые существенно снижают контактную (а при шлифовании переходной поверхности зуба и изгибную) выносливость зубчатой передачи.

Повысить производительность зубошлифования на станках мод. 5А841,5М841, 5843 и 584М позволяет одновременное шлифование обеих сторон впадины в течение всего цикла обработки при традиционной наладке (аш = а), что по разным причинам встречается крайне редко.

Участки профиля впадины прямозубого колеса без смещения исходного контура = 0) и со стандартным профилем а = 20° при тра-дициионной наладке (рис. 12.1, а) шлифуются в определенной последовательности: сначала шлифуется только участок ах Ьх головки левой стороны зуба, затем одновременно шлифуются участок Ь{ с{ левой стороны зуба / и участок с-р2 правой стороны зуба 2, а затем уже шлифуется участок Ь2 а2 зуба 2. Далее круг выводится из зацепления в радиальном направлении («отскок» стола вместе с заготовкой), после чего стол поворачивается на несколько шагов (в соответствии с I)- После этого круг подводится к заготовке и цикл повторяется при шлифовании следующей впадины. Чем меньше участки я, Ьх и 6-, й2, тем наладка ближе к оптимальной.

Если шлифование левой стороны зуба 1 в точке ах начнется одновременно со шлифованием правой стороны зуба 2 в точке с2, то такую наладку следует считать оптимальной (рис. 12.1, б), так как в этом случае будет обеспечено 100%-ное одновременное шлифование обеих

осш и аш опт — традиционный (аш = а = 20°) и оптимальный углы шлифования соответственно; гь — радиус основной окружности; ри и рр - радиусы кривизны эвольвенты на диаметре вершин (точки а] и а,) и б начальных точках с, и с2; Ь{, - точки начала одновременного шлифования обеих сторон впадин

сторон одной впадины. Таким образом, без изменения режимов резания уменьшится время обработки.

Для одновременного шлифования обеих сторон одной впадины необходимо увеличить угол правки шлифовального круга аш и затем изменить длину плеча рычага (на станках мод. 5М841 и 5843) или подобрать другие сменные колеса гитары обката (на станке мод. 584М).

Чтобы угол шлифования был оптимальным аш опт, нужно, чтобы при движении обката, когда ось симметрии контура шлифовального круга находится в одной плоскости с осью шлифуемой заготовки, профилирование эвольвенты происходило в точке с радиусом кривизны

р = 0,5 (рв + рр,

где ра и — радиусы кривизны эвольвенты на вершине зуба и в начальной точке соответственно, мм.

Оптимальный угол шлифования определится по формуле

а = 0,5 (у + V + у,), (12.1)

ш. опт 5 4 р а у 7

где ур и V; — углы развернутости эвольвенты в точке ее начала и конца соответственно, рад; уь — центральный угол, образованный лучами, соединяющими центр зубчатого колеса с точками пересечения эвольвент (или их продолжений) впадины с основной окружностью радиусом Гь, рад.

Углы ур, Уа и уь можно вычислить (ГОСТ 16532—70) по формулам:

(12.2)

Радиус гь, мм, основной окружности шлифуемого колеса определяется из зависимости

Гь = 0,5/77 I СОБОС.

Радиусы кривизны эвольвенты на вершине зуба ряив начальной точке рр определяются в зависимости от диаметра вершин зубьев с/а, диаметра окружности точек начала эвольвенты с1р по условию зацепления с парным зубчатым колесом и радиуса основной окружности гр

Р,= >.25^2 ; рр = -^0,25^ - г/ .

Центральный угол уь, образованный лучами, соединяющими центр зубчатого колеса с точками пересечения эвольвент (или их продолжений) впадины с основной окружностью радиусом /^находят из следующей зависимости:

0,5л: - 1еа

У ь=--2та. (12.3)

г

Если* = 0, то формула (12.3) упрощается:

  • 0,5л: . .
  • (12.4)

Уь = —--2 ту а,

где ту а = tg а — а (если а = 20°, то ту а = 0,014904).

Приведенные зависимости (12.1)—(12.4) довольно сложные для вычисления оптимального угла шлифования аш опт. Поэтому для прямозубых колес со стандартным исходным контуром а = 20° из условия их зацепления с рейкой были подсчитаны углы аш опт в диапазоне г = 17... 100 и х = —1,0... + 1,0. Результаты вычислений приведены в табл. 12.1.

Таблица 12.1

Оптимальные углы правки шлифовального круга ашопт, град

Коэффициент смещения X

Число шлифуемых зубьев г

17

35

50

70

100

-1,00

15,6

16,7

18,3

-0,50

20,2

17,9

18,7

19,0

19,5

-0,25

21,6

20,0

20,1

20,1

20,1

0

22,9

21,9

21,5

21,1

20,7

+0,25

26,5

23,9

22,9

22,2

21,5

+0,50

30,0

25,7

24,2

23,1

22,3

+ 1,00

29,3

26,8

25,1

23,7

Анализ приведенных расчетов (см. табл. 12.1) показал, что зубчатые колеса с х — —0,25 и 7 > 35 лучше всего шлифовать при стандартной правке шлифовального круга (при ос = 20°). Наиболее эффективно шлифование с оптимальными углами правки зубчатых колес с большими положительными или отрицательными (по модулю) коэффициентами смещения, когда угол аш опт отличается от аш = 20° на 3°и более. Для колес с х = 0 и г = 100 оптимальная правка круга дает выигрыш в производительности до 10%, и в условиях крупносерийного производства имеет смысл внедрять этот метод.

При правке круга под углом аш опт для получения заданного профиля необходимо скорректировать плечо рычага, длина которого I* отличается от длины / при стандартной наладке и вычисляется по формуле

С„ т I; СОБОС

/* = —---. (12.5)

СОБОСщ опт

Экспериментальная проверка приведенных значений (см. табл. 12.1) выполнена в станочной лаборатории ОАО МСЗ: на зубошлифовальном станке мод. 5М841 было обработано прямозубое колесо (т — 6 мм, г = 50, Ь = 40 мм, х = 0 и ос = 20°) из стали 40Х (твердостью 45...50 НЯС) без выкружки у оснований зубьев.

Шлифование выполнялось при г, = 7 со скоростью резания 30 м/с и осуществлялось за четыре (два черновых и два чистовых) перехода при традиционной (аш = а = 20°, / = 296,1 мм) и оптимальной (аш опт = = 2Г30’, f = 299,06 мм) наладках станка. Глубина резания и скорость обката, разные на каждом переходе, приведены далее.

Номер перехода.............................

1

2

3

4

Глубина резания, мм.....................

0,02

0,01

0,01

0,01

Скорость обката, мм/мин...............

300

300

100

100

Частота возвратно-поступательного движения ползуна, дв.х/мин............

120

120

120

20

После шлифования на эвольвентомере был проведен контроль профиля четырех зубьев с обеих сторон. Контролируемые зубья были равномерно расположены по окружности. Отклонения профиля зубьев в сравниваемых вариантах таковы: по правым сторонам 8...9 мкм; по левым сторонам 3...4 мкм при чистовых режимах и традиционной наладке (рис. 12.2, а), 7...8 мкм при чистовых режимах и оптимальной наладке (рис. 12.2, б).

При черновом шлифовании этого же колеса за один переход с глубиной резания 0,033 мм (величиной радиального врезания круга 0,1 мм) с теми же скоростью обката и частотой возвратно-поступательного движения ползуна погрешность профиля была заметно больше:

15...16 мкм при традиционной (рис. 12.3, а) и 8...9 мкм при оптимальной (рис. 12.3, б) наладках. Отклонения/^.при оптимальной наладке не превысили 6-й степени точности.

Была проведена серия сравнительных экспериментов при шлифовании зубчатого колеса с теми же параметрами, но несколько измененными режимами обработки: частота возвратно-поступательного движения ползуна 130 дв.х/мин; скорость поступательного перемеще-

Эвольвентограммы левых сторон зубьев прямозубого колеса (т = 6 мм, г = 50

Рис. 12.2. Эвольвентограммы левых сторон зубьев прямозубого колеса (т = 6 мм, г = 50,

Ь = 40 мм, х = 0, а = 20°, сталь 40Х) после чистового шлифования:

а - традиционная наладка с аш = 20°; б - оптимальная наладка с аш опт = 21 °30'; Н, Г - ножка и головка зуба соответственно; 7, 2,3,4- номера зубьев

а 6

Рис. 12.3. Эвольвентограммы левых сторон зубьев прямозубого колеса = Б мм, г = 50,

Ь - 40 мм, х = 0, а = 20°, сталь 40X1 после чернового шлифования:

а - традиционная наладка с аш = 20°; б - оптимальная наладка с аш опт = 21 °30';

Н, Г - ножка и головка зуба соответственно: 7, 2, 3,4- номера зубьев

ния стола в движении обката 100...400 мм/мин; величина радиального врезания шлифовального круга последовательно составляла 0,02; 0,04; 0,06; 0,1; 0,2 и 0,3 мм (глубина резания 0,1 мм). В каждом из описанных режимов шлифовали по две впадины, после чего контролировали профили сторон на эвольвентомере с записью на бумажный носитель. Результаты проведенных экспериментов показаны в табл. 12.2, в которой отмечены отклонения профиля левой и правой сторон двух зубьев, а также средние значения измеренных погрешностей.

Анализ выполненных измерений показывает, что при щадящих режимах обработки (7рад < 0,06 мм, что равносильно глубине резания 7 < 0,02 мм) полученные отклонения в сравниваемых вариантах примерно одинаковы. Однако при форсированных режимах, в особенности при увеличении глубины резания до 0,1 мм (7 = 0,3 мм) откло

нение профиля значительно быстрее возрастает при традиционной наладке, чем при шлифовании с оптимальным углом правки шлифовального круга. Это объясняется возрастанием силы резания (а вместе с ней и деформации) с увеличением глубины шлифования и величины скорости перемещения стола. Однако при постоянном двухпрофильном контакте круга с обрабатываемыми поверхностями зуба эти деформации будут меньше, чем в момент обката при мгновенном переходе с односторонней на двустороннюю обработку и наоборот.

Проведенные эксперименты показали, что увеличение глубины резания в большей степени влияет на погрешность профиля зуба, чем увеличение скорости подачи у5. При стандартной наладке (аш = 20°) трехкратное увеличение радиального врезания (с 0,1 до 0,3 мм) приводит к росту в 2—2,5 раза, в то время как четырехкратное увеличение скорости подачи V (с 100 до 400 мм/мин) повышает отклонение профиля в 1,2—2 раза при глубине резания 7= 0,1 мм.

Таблица 12.2

Скорость поступательного

перемещения стола в движении обката уе# мм/мин

ь

Радиальное врезание шлифовального круга Грдд, мм

Зубошлифование

при оптимальной наладке Копг = 21°30’)

при традиционной наладке (аш = 20°)

Сторона зуба

левая

правая

левая

правая

7;8

8:8

4:4

5:4

0,02

7,5

8

4

4,5

п П Л

11; 10

12:8

9:7

5:5

0,04

10,5

10

8

5

11; 10

15:12

12:6

5:6

100

0,06

10,5

13,5

9

5,5

10:11

12:11

6:8

5:6

0,1

10,5

11,5

7

5,5

9:9

8:12

0,2

9

10

11; 10

11;11

20:20

11; 11

0,3

10,5

11

20

11

2;2

5:7

7:3

5; 4

0,02

2

6

5

4,5

8; 6

10:9

13:16

9:9

200

0,1

7

9,5

14,5

9

7;6

16:13

35:35

24;21

0,3

6,5

14,5

35

22,5

3;3

9:8

6:6

6:6

0,02

3

8,5

6

6

7:8

11; 12

21:20

10:11

400

0.1

7,5

11,5

20,5

10,5

10:10

20:17

28; 17

24; 0

0,3

10

18,5

22,5

24

Примечания: 1. Над чертой указаны измеренные отклонения, под чертой — средние значения. 2. Углы а пт указаны для последних чистовых переходов.

В сравниваемых вариантах лимитирующими по отклонению профиля оказались разные стороны зуба. При стандартной наладке лимитировала левая («входная») сторона зуба: в восьми экспериментах

из 11 отклонения профиля по левой стороне получились больше, чем по правой стороне; в остальных трех экспериментах эти погрешности были примерно одинаковыми. При оптимальной наладке лимитировала, наоборот, правая («выходная») сторона зуба: в семи экспериментах из 12 отклонения профиля по правой стороне получились больше, чем по левой стороне.

Проведенные расчеты показали, что при шлифовании с оптимальными углами правки круга для зубчатых колес с большим коэффициентом смещения > 0,3) можно уменьшить ход стола в движении обката на 20...40% по сравнению с традиционной наладкой. Благодаря этому уменьшается время съема металла в 1,2—1,4 раза, а общий выигрыш в производительности оказывается в 1,15—1,3 раза больше.

Оптимальный метод наладки был внедрен в производство при шлифовании на станке мод. 5М841 прямозубых колес тяговой передачи электропоезда. Параметры колес: т — 10 мм, I — 22 и 23, Ь — 40 мм, х = +0,44; аш опт = 26°, /* = 368,5 мм. Значение угла правки круга аш опт = 26° было скорректировано по отношению к указанному ранее (см. табл. 12.1) с учетом других режимов обработки.

В течение двух лет проводилась параллельная обработка на двух зубошлифовальных станках, на одном из которых при стандартной наладке статистическая точность по отклонению шага зацепления была одинаковой, а время шлифования одной впадины при аш опт было меньше на 15...20%.

Оптимальный угла правки аш опт, не зависящий от модели зубошлифовального станка, влияет на настройку элементов, компенсирующих измененный угол правки шлифовального круга. Если на станках мод. 5М841 и 5843 для получения заданного эвольвентного профиля необходимо одновременно изменить длину плеча рычага, то на станке мод. 584М необходимо подобрать другие сменные колеса для гитары обката.

Сменные колеса а, Ь,си с/ гитары обката станка мод. 584М подбирают, обеспечивая передаточное отношение по формуле настройки этой цепи:

(12.6)

а с _ mZj

,ф_ ~b h ~ ~8СГ

При оптимальной наладке станка, когда аш + а, передаточное отношение гитары обката подбирают с учетом углов профиля а и правки шлифовального круга аш опт:

а с mZj cosa /1ЛЧ

/(п =---= —---. (12.7)

ф b d 80 cosam опт

Подбор сменных колес гитары обката по формуле (12.7) сложнее, чем по формуле (12.6), поэтому рекомендуется выполнять его на ЭВМ.

На станках, где шлифование впадин осуществляется поочередно (например, станки мод. 5831, Niles), описанный прием повышения производительности реализовать невозможно.

В некоторых случаях уменьшенный угол правки круга (аш < 20°) позволяет выполнить наладку, которая была бы невозможной при аш= 20°. Рассмотрим примеры.

Пример. 12.1. На зубошлифовальном станке мод. 5843 нужно обработать прямозубое колесо (т — 3 мм, z = 201, b = 40 мм, а — 20°, х = 0). В руководстве к станку рекомендуется взять zt = 34, но при этом максимальный торцовый модуль /я х — 2,75. Следовательно, нельзя обработать это зубчатое колесо на данном станке.

По формуле (11.21) определяем для т = 3 мм и zt = 34 длину плеча рычага: /= 703,8 мм. Превышение невелико (/ = 700 мм), поэтому,

скорректировав угол правки шлифовального круга а , можно добиться уменьшения длины плеча рычага до допустимой.

Если угол правки уменьшить на 1,5°, то для сохранения заданного эвольвентного профиля потребуется уменьшить длину плеча рычага в соответствии с формулой (12.5) до значения

CpmZjCosa

cosa

ш. ОПТ

6,9 • 3 • 34 • cos20° cosl8°30'

= 697,40 мм.

При такой наладке остается еще возможность изменить угол правки на 3,5° и длину плеча рычага на 2,6 мм, что гарантирует успешную подналадку даже при больших первоначальных отклонениях профиля зуба и шага зацепления.

Пример. 12.2. Необходимо обработать зубья мелкомодульного колеса (т= 2,5 мм, z — 147) при непривычно большом zj = 29. Расчетная длина плеча рычага получается больше допустимой: / = 511,12 мм. В крайнем случае, станок можно настроить на ^ — 11. Но максимальное число впадин, шлифуемых между двумя соседними зубьями, возрастет с Nmax 76 до N — 107, что неизбежно вызовет увеличение отклонения шага на 3...4 мкм. При высоких требованиях к точности шага целесообразно сохранить zj = 29, уменьшив угол правки до аш = = 16°. Это повлечет за собой уменьшение длины плеча рычага до / = 499,65 мм и увеличение длины поступательного перемещения стола в движении обката.

Аналогично можно рекомендовать при шлифовании прямозубого колеса на станке мод. 5М841 наладку с уменьшенным углом шлифования аш= 15,5... 19° в соответствии с рекомендованными в руководстве по станку мод. 5М841: ?(. = 9 ? = 34 и т = 8 мм; г, =17 при г = 36 и т = 4,25 мм; г,-= 16 при г = 39 и т = 4,5 мм, т.е. во всех случаях, когда расчетная длина плеча рычага на 0,5... 1,5% превышает предельно допустимую по паспорту станка. При этом необходимо помнить, что уменьшение аш приводит к потере производительности, так как ход стола увеличивается.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>