Повышение эффективности обработки закаленных зубчатых колес тяжелых карусельных токарных станков

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНБАССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра «Металлорежущие станки и инструменты»

Курсовая работа

по дисциплине «Основы научных исследований»

на тему:

«ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ ЗАКАЛЕННЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ТЯЖЕЛЫХ КАРУСЕЛЬНЫХ ТОКАРНЫХ СТАНКОВ»

                                                                         Выполнил:

                                                                                ст.гр. МС-08-1

                                                                              Бородин А.И.

                                                                        Проверил:   

                                                                                         доц.к.н. Клочко А.А.

Краматорск 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ ЗАКАЛЕННЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ТЯЖЕЛЫХ КАРУСЕЛЬНЫХ ТОКАРНЫХ СТАНКОВ

Введение

Объектом специальной технологии зубообработки крупномодульных закаленных колес является технологический процесс, а предметом – установление, исследование, экспериментальная апробация, производственное внедрение и полная факторная взаимосвязь закономерностей технологического процесса. Современная технология зубообработки крупномодульных закаленных колес развивается в направлении разработки новых технологических подходов, процессов формообразования рабочих поверхностей зубьев, создания нового высокопроизводительного оборудования, новых инструментальных материалов и инструментов. Технологический процесс и станкоинструментальное оснащение развиваются в гармоническом единстве и постоянно находятся в динамическом совершенствовании.

В связи с постоянно растущими требованиями к качеству крупногабаритных зубчатых передач непрерывно растет объем технологической подготовки, связанной с оснащением производства современным высокопроизводительным оборудованием и инструментальным обеспечением. Современные требования по увеличению твердости рабочих поверхностей зубьев зубчатых колес является одним из наиболее эффективных и актуальных на сегодняшний день путей повышения нагрузочной способности и долговечности зубчатых передач и редукторов при одновременном снижении их габаритов и массы. Результаты ряда исследований свидетельствуют, что повышение твердости зубьев с HRCэ 32 до HRCэ 57 позволяет вдвое уменьшить габариты редуктора и в 3 раза - его массу.

Вместе с тем существенное повышение твердости зубчатых колес резко увеличивает трудоемкость их изготовления: повышаются требования к жесткости зуборезного оборудования, стойкости инструмента, появляется потребность в дорогостоящих, но малопроизводительных зубошлифовальных станках. Если для зубчатых колес мелкого и среднего модуля (m=5÷10 мм) можно сравнительно устойчиво получить требуемые качественные характеристики зацепления путем химико-термической обработки и зубошлифования, то для крупномодульных колес (m=12÷65 мм), особенно косозубых с углом наклона зубьев свыше βd=250÷30° и длиною зуба более bк=400÷800мм, выполнение технологических операций химико-термической обработки и зубошлифования многократно усложняется и далеко не всегда обеспечивает достижение поставленных целей по причине значительных термических деформаций зубьев (0,8÷2,5 мм) и высокой (более 200 станко-часов) трудоемкости операций зубошлифования.

Выполнение технологической операции зубошлифования на зубьях крупного модуля в условиях съема увеличенного припуска (1,0÷2,5мм) приводит к появлению таких дефектов поверхностного слоя, как «прижоги» и микротрещины, а в самом слое появляются растягивающие напряжения, что, в конечном счете, снижает нагрузочную способность и долговечность тяжелонагруженных цилиндрических зубчатых передач.

Для выполнения технологической операции зубошлифования необходимо наличие тяжелых зубошлифовальных станков с диаметром планшайбы до 3000мм, позволяющих осуществлять рабочий ход штосселя с инструментом длиной до L =1500 мм при модуле обрабатываемых зубьев до m=65 мм. Отечественная станко-инструментальная промышленность таких тяжелых зубошлифовальных станков не выпускает, а стоимость приобретения такого оборудования по импорту может достигать до 5 млн долларов США.

Целью настоящей монографии является разработка альтернативных зубошлифованию технологий, позволяющих значительно повысить качество поверхностного слоя и точность зубообработки крупномодульных закаленных зубчатых колес, снизить трудоемкость технологических операций окончательной обработки зубьев. Новые специальные технологии зубообработки должны обеспечивать выполнение окончательных операций при обработке закаленных зубьев без приобретения по импорту уникальных дорогостоящих зубошлифовальных станков.

Поставленная цель в данной монографии достигнута за счет разработки, исследования и внедрения в производство специальных новых технологий зубообработки крупномодульных закаленных зубчатых колес, выполнения комплексных научно-исследовательских реинжениринговых работ по созданию и внедрению высокоскоростных фрезерных суппортов к зубострогальным станкам и широко распространенным на предприятиях вертикально-зубофрезерным станкам, а также путем разработки и внедрения технологической гаммы червячных твердосплавных фрез и дисковых универсальных немодульных фрез, оснащенных режущей керамикой.

1. Анализ схем резания при обработке колес специальными дисковыми фрезами

1.1 Схема резания фирмы “MAAG”

При реализации технологии лезвийной обработки закаленных колес инструментами дискового типа возможны следующие схемы резания. Схема I (рис. 1, а) предложена фирмой “MAAG”. Согласно этой схеме резания используются две дисковые фрезы, оснащенные твердым сплавом и расположеные с охватом одного зуба обрабатываемого колеса. Профильный угол зубьев инструментов равен .Колесо совершает  прерывистое вращение в направлении и линейное перемещение в направлении . Полная обработка обеих боковых поверхностей зубьев осуществляется при повороте колеса из положения 1 в положение 2 . При этом линейное перемещение колеса  или путь обката определяется отрезком прямой и рассчитывается по формуле:

l01 = m[1,57 +Zk(tgα0 - tgαB)],                                          (1)

где:               m – модуль зубьев обрабатываемого колеса;

              Zk – число зубьев колеса;

              α0 – профильный угол исходного контура зубчатой рейки;

              αB – угол давления эвольвенты в крайней нижней точке профиля.

1.2 Схема резания с установкой инструмента по впадине зубьев

Схема резания II (рис. 1, б) также предложена фирмой “MAAG” и реализована на зубошлифовальных станках. Здесь оба инструмента расположены в одной впадине зубьев колеса. Профильный угол зубьев инструментов . Колесо совершает вращение в направлении и линейное перемещение в направлении . Полная обработка обеих боковых поверхностей зубьев осуществляется при повороте колеса из положения 1 в положение 2 . При этом линейное перемещение колеса или путь обката определяется по зависимости:

l02 = m[1,57 +Zk(tgαa – tgα0)],                                          (2)

где: αa – угол давления эвольвенты на вершине зубьев колеса

Общим недостатком схем I и II является то, что в обоих случаях размеры режущих кромок зубьев инструмента зависят от размеров (модуля) обрабатываемых зубьев колеса. При крупном модуле зубьев m=12-36 мм размеры кромок составляют =36-90 мм. Это усложняет процесс припоя твердосплавных зубьев и последующее затачивание инструмента или оснащение его керамикой и сверх твердыми материалами. Инструмент такой конструкции имеет сравнительно большие периметры резания, что повышает силы резания и способствует возникновению вибраций.

Рис. 1 Технологические схемы резания, предложенные фирмой «МААГ» (Швейцария).

Достоинство схем I и II в том, что оба инструмента расположены на одной и той же оправке, т.е. имеется возможность осуществить привод вращения от одного электродвигателя.

1.3 Схема резания с расположением станочной линии зацепления нормально к эвольвенте

При схеме III (рис. 2,а) в качестве станочной линии зацепления пары инструмент- деталь используется нормаль к эвольвентам РК, расположенная горизонтально. Профильный угол зубьев инструмента- дисковой фрезы близок к . Фреза в первоначальный момент обработки расположена со смещением относительно оси колеса на расстоянии l0, определяемом по следующей зависимости:

lсм=rb·tgαa ,                                          (3)

где: rb- радиус основной окружности зубьев;

Обработка правой и левой боковых поверхностей  зубьев колеса осуществляется раздельно, обработка ведется за два прохода. Путь обката l0 в этом случае определяется по зависимости:

l0 = mZk cosα0 (tgα0 – tgαB)                                          (4)

1.4 Схема резания при установке инструмента под углом 20 градусов

Схема резания IV (рис 2,б) предполагает одновременную обработку обеих боковых поверхностей зубьев колеса с использованием двух дисковых фрез, расположенных с наклоном на угол . Профильный угол зубьев фрезы равен .

Инструменты можно располагать с охватом одного или нескольких зубьев колеса. Однако с ростом числа зубьев в охвате увеличивается и путь обката, что снижает производительность обработки.

Для случая охвата инструментами одного зуба колеса путь обката определяется по формуле:

l0 = mZk(tgαa – tgαB)                                          (5)

Рис. 2 Технологические схемы резания, предложенные в работе [2].

Для обработки зубчатых колес различного модуля необходимо регулировать установочное расстояние между фрезами, которое ориентировочно можно определить по зависимости:

.                                (6)

Возможна разновидность схемы IV, которую назовем схемой V, когда обработка правой и левой поверхностей зубьев производится раздельно путем установки на оправке вначале одной, например, левой фрезы, а затем правой. Обработка колеса производится в два прохода, а путь обката определяется зависимостью:

                                          l05 = 0,5mZk cosα0 (tgα0 – tgαB)                            (7)

2. Преимущества и недостатки схем резания

Достоинства схем резания III, IV, V по сравнению со схемами I, II заключается в возможности использования инструментов, размеры режущих кромок которых не зависят от размеров (модуля) обрабатываемых зубьев колеса и значительно, в 3-7 раз меньше, чем размеры кромок инструментов, предложенных фирмой “MAAG”.

При схемах I и II режущие кромки инструментов полностью задействованы в обработке, точка контакта лезвия и зуба колеса перемещается по всей длине кромки.