Повышение эффективности обработки закаленных зубчатых колес тяжелых карусельных токарных станков

Применение схем резания III, IV, V позволяет оснастить дисковые фрезы 4х-гранными поворотными керамическими пластинками марки ВОК-71 с размерами 12,7х12,7 мм. Инструмент при этом не требует затачивания и перетачивания, удобен в эксплуатации и ремонте. Так как обработка эвольвентных поверхностей зубьев производится практически одними и теме же участками пластин, то это повышает точность обработки профиля зубьев колеса.

В табл. 1 представлены расчетные значения длины пути обката l0, полученные для случаев обработки прямозубых зубчатых колес в диапазоне чисел зубьев и при модуле мм.

Таблица 1

Расчетные значения длины пути обката

Как видно из представленных в таблице данных, наименьший путь обката, а следовательно, и наибольшую производительность обработки, обеспечивает схема резания I. Для этой схемы путь обката не зависит от числа зубьев обрабатываемых колес. Второй по производительности процесса является схема II. Однако эти схемы I и II не позволяют использовать инструмент с уменьшенными размерами режущих кромок.

Из схем резания для керамического инструмента (III, IV, V) наиболее эффективной является схема V. Здесь путь обката наименьший, но необходимо учитывать значительную величину вспомогательного времени, связанного с переустановкой инструмента и подналадкой заготовки колеса.

Схема III является второй по эффективности. Недостаток ее в том, что из-за большого исходного смещения инструмента относительно оси колеса на существующих станках ОАО “КЗТС” (г.Коломна) возможна обработка косозубых колес только с наружным диаметром до 800мм. Схема IV удобна в эксплуатации, т.к. не требует переустановки фрез.

В ОАО “НКМЗ” также параллельно проводились работы по освоению технологии  чистовой зубообработки закаленных колес на станках фирмы “MAAG” с использованием спецсуппорта и дисковых фрез, оснащенных керамикой. Основной идеей проводимых работ было проектирование, изготовление на ОАО “НКМЗ” и внедрение специального зубофрезерного станка для чистовой обработки закаленных колес, однако идея была реализована только на уровне рабочего проекта станка.

Для промышленного внедрения новой технологии чистовой зубообработки закаленных колес были приняты два направления. Первое заключалось в разработке несложных по конструкции специальных фрезерных суппортов, устанавливаемых на зубострогальных станках фирмы “MAAG” и реализующих схему резания III (рис 2, а). Второе учитывало крайне малое число заводов, имеющих станки фирмы “MAAG”, и поэтому предусматривало совместно с ОАО “КЗТС”  (г. Коломна) разработку, изготовление и внедрение на заводах отрасли специальных фрезерных суппортов к широко распространенным вертикально-зубофрезерным станкам.

Первичное внедрение новой технологии чистовой обработки закаленных колес производилось в производственных условиях ЗАО «НКМЗ» при обработке колес планетарного редуктора со следующими характеристиками: т= 28мм; z1=17, z2 =24, z3=32; b=400мм; βd=0°; сталь 20Х2Н4А; HRC 52 ... 58 (цементация с закалкой).

Зубообработка по схеме резания III проводилась на зубострогальном станке (рис. 3) фирмы «МААГ» (Швейцария) модели HS - 450/500 с использованием одношпиндельного спецсуппорта.

Рис. 3 Обработка колеса m=28, Zk=17 на зубострогальном станке с использованием одношпиндельного спецсуппорта и дисковой фрезы двухстороннего резания.

Рис. 4 Дисковая фреза двухстороннего резания

3. Контроль параметров точности

Контроль параметров точности обработки колес производился с использованием следующих приборов: универсальной измерительной машины мод. PSFU - 1600 фирмы «Клингельнберг» (ФРГ), накладного прибора для измерения шероховатости поверхности фирмы «Суртроник» (Англия). Результаты измерений представлены ниже в табл. 2.

Таблица 2

Точность обработки колес

Как видно из представленных в таблице данных, новая технология лезвийной обработки закаленнных колес обеспечивает точность и качество обработки на уровне зубошлифования.

По техническому заданию НПО «НИИПТМАШ» (г. Краматорск) ОАО «Коломенский ЗТС» разработал техническую документацию и освоил производство специальных фрезерных суппортов к серийным вертикально-зубофрезерным станкам мод. 5А342 и мод. 5343, реализующих, соответственно, схемы резания III и IV.

Одношпиндельный суппорт к станку мод. 5А342 был изготовлен и поставлен на ОАО «Сызранский турбостроительный завод» (г. Сызрань).

На станке (рис.5) обрабатывались закаленные зубчатые колеса со следующей характеристикой: m=20мм; zk=29; b=420мм; βd=5°38’; сталь 45; HRC 50…55. В качестве инструмента использовали дисковые немодульные фрезы одностороннего и двухстороннего резания, оснащенные поворотными пластинками с размерами 12,7х12,7 мм из керамики марки ВОК-71.

Припуск на одну сторону закаленных зубьев составлял 1-1,3 мм.

Режимы резания использовали следующие:

-глубина резания - 0,25-0,35 мм;

-число двойных ходов инструмента за один цикл обработки-80; -скорость движения ползуна – 6 м/мин;

-частота вращения фрезы - 250 мин-1;

-скорость перемещения инструментальной каретки 8 м/мин.

Машинное время обработки колеса составило Тмаш=6 часов, что в 6 - 7 раз меньше, чем в случае применения зубошлифования. По разности соседних окружных шагов зубьев и шагу зацепления колесо соответствовало 7-й степени точности по ГОСТ1643-81. Шероховатость обработанных поверхностей зубьев находилась в пределах Ra =2,5 - 1,25 мкм. Установлено, что новый технологический процесс чистовой зубообработки по точности и качеству не уступает зубошлифованию, но в 6 - 7 раз более производителен и исключает в производственных условиях ОАО «СТЗ» приобретение импортных тяжелых зубошлифовальных станков или использование кооперации.

Рис. 5 Обработка на ОАО «СТЗ» закаленного колеса m=20, zk=29 на вертикально-зубофрезерном станке мод. 5А342 с использованием одношпиндельного спецсуппорта.

Выводы

В результате анализа выбраны оптимальные схемы резания, позволяющие при зубообработке методом прерывистого обката использовать инструменты – дисковые фрезы, у которых размеры режущих элементов не зависят от размеров (модуля) обрабатываемых зубьев колеса и постоянны в диапазоне модулей m=12-36 мм.

Спроектированы, изготовлены и внедрены на ряде предприятий отрасли тяжелого машиностроения специальные фрезерные суппорта к зубострогальным и вертикально-зубофрезерным станкам, позволяющие осуществить широкое внедрение новой технологии чистовой зубообработки крупномодульных закаленных колес, не уступающей по качеству и точности зубошлифованию, но в 5-7 раз более производительной.

ЛИТЕРАТУРА

1.      А.с. 814537. Инструмент для обкатки зубьев зубчатых колёс / Шаповалов В.Ф., Печеный В.И., Коротун А.Н., Тереник А.М.; НИИПТмаш (СССР). - № 2771670/25-27; заявл. 25.05.79; опубл. 23.03.81; Бюл. №11.

2.      А.с. 1606248. Инструмент для обкатки зубьев зубчатых колес/ Печеный В.И., Лишаев Г.П., Шаповалов В.Ф., Друзяка В.Е., Тетерятченко В.Г.; НИИПТмаш (СССР). - №4466104/25-27; заявл. 26.07.88; опубл. 1990, Бюл. № 42.

3.      А.с. 1018768 СССР, МКИ В 21 5/02. Инструмент для обкатки зубьев зубчатых колес / Печеный В.И., Лишаев Г.П., НИИПТмаш (СССР). - №3412273/25-28; заявл. 23.03.82; опубл. 1983, Бюл № 19.

4.      А.с. 952405 Устройство для упрочняющей обработки зубчатых колес / Шаповалов В.Ф., Панчеха Ю.С.; НИИПТмаш (СССР). - № 3241877/25-27; заявл. 29.01.81; опубл. 1982, Бюл. № 31.

5.      ОСТ 24.667.02. Фрезы червячные «Победа» (конструкция и размеры). – М. : МИНТЯЖМАШ, 1971. – 22 с.

6.      А.с. 1771857. Способ установки инструмента для обработки зубчатых колес / Шаповалов В.Ф., Печеный В.И., Лишаев Г.П., Друзяка В.Е., Коротун.С.А. НИИПТмаш . - №4818910; заявл. 11.03.90; опубл. 30.10.92, Бюл№40.

7.      Кистянт Я.Г. Методичка расчета зубчатых передач на прочность / Я.Г.Кистян. – М.:Машиностроение, 1963. – 244 с.

1