Инструмент для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес

Техническое решение относится к области машиностроения, в частности к обработке круговых зубьев цилиндрических зубчатых колес. Задачей технического решения является повышение стойкости инструмента, уменьшение интенсивности его износа, и как следствие улучшение точности и качества обработки. Инструмент для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес, представляет собой цилиндрическое зубчатое колесо, на боковых поверхностях зубьев которого выполнены режущие кромки, образованные пересечением боковых поверхностей круговых зубьев с винтовыми поверхностями стружечной канавки, смещенные в осевом направлении друг относительно друга, причем на боковые поверхности зубьев инструмента нанесен слой ультрадисперсных алмазов, толщиной =810 мкм.

Техническое решение относится к области машиностроения, в частности к обработке круговых зубьев цилиндрических зубчатых колес.

Известен инструмент в виде дискового шевера, имеющего режущие кромки на боковых эвольвентных винтовых поверхностях зубьев и выполненный со смещением исходного контура рейки, при этом режущие кромки образованы пересечением винтовых поверхностей зубьев шевера Z с винтовыми поверхностями стружечных канавок, при этом Z_c=Z±1, где Z_c - число стружечных канавок [Пат. РФ 2230635, МПК⁷ В23F 21/28, Бюл. 17, 2004].

Недостатками являются узкие технологические возможности инструмента, а также то, что его конструктивные особенности накладывают ограничения, не позволяющие использовать инструмент за пределами ограниченной области его применения - обработки цилиндрических колес с винтовыми зубьями.

Известен инструмент для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес, представляющий собой цилиндрическое зубчатое колесо, на боковых поверхностях круговых зубьев которого выполнены режущие кромки, образованные, пересечением боковых поверхностей круговых зубьев с винтовыми поверхностями стружечной канавки трапецеидального профиля, смещенные в осевом направлении друг относительно друга на величину , где Р - шаг винтовой стружечной канавки, z - число зубьев инструмента, и наклоненные к торцам под углами . Инструмент образует с обрабатываемой заготовкой-колесом зубчатую пару внеполюсного зацепления. [Пат. РФ 75978, МПК⁸ В23F 21/04, Бюл. 25, 2008].

Недостатком известной конструкции инструмента является высокая интенсивность износа, ухудшение точности и качества обработки.

Задачей технического решения является повышение стойкости инструмента, уменьшение интенсивности его износа, и как следствие улучшение точности и качества обработки.

Поставленная задача решается тем, что инструмент для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес, представляет собой цилиндрическое зубчатое колесо, на боковых поверхностях зубьев которого выполнены режущие кромки, образованные пересечением боковых поверхностей круговых зубьев с винтовыми поверхностями стружечной канавки, смещенные в осевом направлении друг относительно друга, причем на боковые поверхности зубьев инструмента нанесен слой ультрадисперсных алмазов, толщиной =810 мкм.

На фиг.1 представлено аксонометрическое изображение инструмента для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес. На фиг.2 - зуб инструмента для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес.

Конструктивно инструмент для чистовой обработки цилиндрических зубчатых, колес представляет собой цилиндрическое зубчатое колесо, линией зуба которого является дуга окружности. Боковые поверхности 1 зубьев инструмента выполнены эвольвентными, на них нанесен слой 4 ультрадисперсных алмазов, толщиной =810 мкм; Режущие кромки 2 инструмента образованы пересечением винтовой поверхности стружечной канавки 3 трапецеидального профиля и боковых поверхностей 1 зубьев инструмента. За счет такого конструктивного решения режущие кромки 2 смещены в осевом направлении друг относительно друга на величину , где Р - шаг винтовой стружечной канавки, z - число зубьев инструмента, и наклоненные к торцам под углами . Это достигается тем, что стружечная канавка 3 расположена на винтовой поверхности.

Инструмент для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес работает следующим образом. Заготовка-колесо с предварительно формообразованными методом литья, пластического деформирования, механической обработки и др. зубьями, вводится в плотное (беззазорное по боковым сторонам) зацепление. с инструментом, образуя предполюсное d_w0 >d_a0; где d_w0 - диаметр начальной окружности инструмента, d_a0 - диметр окружности вершин инструмента, или заполюсное зацепление d_w0<d₀, где d₀ - диаметр окружности нижних точек активного профиля зуба. Обработка осуществляется способом свободного обката. Срезание припуска осуществляется за счет создания по всей высоте боковых поверхностей 1, с нанесенным слоем 4 ультрадисперсных алмазов, толщиной =810 мкм, зубьев инструмента скорости скольжения в контактных точках режущих кромок 2 и зубьев заготовки-колеса, и имеющей значение больше нуля. Обработка боковых поверхностей зубьев заготовки-колеса по всей их длине обеспечивается при соблюдении двух условий: во-первых, наличием на инструменте винтовой поверхности стружечной канавки 3; во-вторых, отсутствием общих множителей чисел зубьев инструмента и обрабатываемой заготовки-колеса. При этом обработка осуществляется при параллельном положении осей инструмента и заготовки-колеса, без дополнительного движения подачи в осевом направлении. Это достигается за счет того, что режущие кромки инструмента конструктивно смещены в осевом направлении друг относительно друга на величину .

После совершения инструментом количества оборотов, равного или кратного числу зубьев обрабатываемой заготовки-колеса, для обеспечения одинаковых условий резания на противоположных боковых поверхностях зубьев заготовки-колеса производится реверсирование направления вращения зубчатой пары инструмент - заготовка-колесо, и также совершается количество оборотов, равное иди кратное числу зубьев заготовки-колеса. На этом заканчивается один проход. После каждого прохода необходимо произвести врезание - сближение осей инструмента и обрабатываемой заготовки-колеса вплоть до достижения номинального межосевого расстояния. Для улучшения качества обработанной поверхности, на конечном этапе цикла обработки, осуществляется выхаживание - вращение пары инструмент - заготовка-колесо в прямом и обратном направлениях при номинальном межосевом расстоянии.

Износ режущих клиньев инструмента происходит как по передней - поверхности стружечной канавки 3 трапецеидального профиля, так и по задней - боковой поверхности зубьев инструмента, при этом режущие кромки 2 могут «заминаться» внутрь стружечной канавки трапецеидального профиля 3, и даже частично скалываться при отсутствии своевременной переточки.

Размерный износ задних - боковых поверхностей 1 зубьев инструмента, объясняющийся отсутствием задних углов в процессе работы инструмента, является важнейшим параметром, оказывающим существенное влияние, как на точность и качество обработки, так и на срок службы инструмента, так как его переточка по данным поверхностям невозможна. В. процессе износа инструмента происходит чрезмерное утонение боковых поверхностей 1 зубьев инструмента и искажение их профиля, что приводит к существенному ухудшению точности и качества обработки. Уменьшение износа задних - боковых поверхностей 1 зубьев инструмента осуществляется за счет нанесения на них слоя 4 ультрадисперсных алмазов, толщиной =810 мкм. При этом переточка инструмента осуществляется только по передней - поверхности стружечной канавки трапецеидального профиля 3, при этом шаг между режущими кромками на соседних зубьях увеличивается, а толщина зубьев уменьшается. Разработанная конструкция инструмента была реализована при обработке цилиндрических зубчатых колес с круговыми зубьями с модулем m=2 мм, числом зубьев. z=11, коэффициентом смещения исходного контура =0, номинальным радиусом кривизны арки зуба R₀₁ =20 мм, выполненных из стали 20Х. Предварительное формообразование зубьев заготовки-колеса осуществлялось одной резцовой головкой. В результате проведения исследовательских и экспериментальных работ апробированы следующие конструкции инструмента для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес:

Пример 1. Окончательная обработка велась инструментом со следующими параметрами: модуль m₀=2 мм, число зубьев z₀ =31, коэффициент смещения исходного контура ₀=1,909 мм, толщина слоя нанесенных ультрадисперсных алмазов =7 мкм. Режимы обработки: снимаемый припуск, определяемый по развертке начального цилиндра в среднем сечении зуба - 0,12 мм, частота вращения инструмента n=125 мин^-1 подача врезания 0,03 мм на рабочий цикл, количество рабочих циклов - 4, количество циклов выхаживания - 2.

Установлено, что при <8 мкм происходит интенсивный износ слоя ультрадисперсных алмазов, нанесенных на боковые поверхности зубьев инструмента и ускоренный износ инструмента. При этом повышение стойкости инструмента, и как следствие улучшение точности и качества обработки не достигается.

Пример 2. Окончательная обработка велась инструментом, имеющим идентичные параметры кроме, толщины слоя нанесенных ультрадисперсных алмазов =9 мкм. Режимы обработки идентичны рассмотренным выше.

Установлено, что при =810 мкм стабилизируется работа нанесенного на боковые поверхности зубьев инструмента слоя ультрадисперсных алмазов, износ инструмента равномерный, незначительный. При этом достигается повышение стойкости инструмента, и как следствие улучшение точности и качества обработки.

Пример 3. Окончательная обработка велась инструментом, имеющим идентичные параметры кроме толщины слоя нанесенных ультрадисперсных алмазов =11 мкм. Режимы обработки идентичны рассмотренным выше.

Установлено, что при >10 мкм происходит интенсивный неравномерный износ нанесенного на боковые поверхности зубьев инструмента слоя ультрадисперсных алмазов, износ инструмента неравномерный, значительный. При этом повышение стойкости инструмента, и как следствие улучшение точности и качества обработки не достигается.

Проведенные испытания подтвердили увеличение периода размерной стойкости инструмента по сравнению с ближайшем аналогом в 1,7 раза, за счет нанесения на боковые поверхности зубьев слоя ультрадисперсных алмазов, толщиной =810 мкм, что позволяет наглядно проиллюстрировать повышение стойкости инструмента, уменьшение интенсивности его износа, и как следствие улучшение точности и качества обработки.

Инструмент для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес, представляющий собой цилиндрическое зубчатое колесо, на боковых поверхностях зубьев выполнены режущие кромки, которые образованы пересечением поверхностей круговых зубьев с винтовыми поверхностями стружечной канавки, смещенными в осевом направлении друг относительно друга, отличающийся тем, что на боковые поверхности зубьев нанесен слой ультрадисперсных алмазов толщиной =810 мкм.