Дипломная работа: Технологический процесс изготовления шпинделя 4-хшпиндельной комбинированной головки

2.2 Анализ схемы резания процесса шлицешлифования

Для удовлетворения всё повышающихся требований к качеству и производительности при изготовлении шлицев необходимы поиск и реализация новых технологических решений для операций черновой и чистовой обработки базовых поверхностей и самих шлицев.

Не менее важны вопросы повышения производительности и точности обработки шлицев. Цель новых прогрессивных решений при шлицешлифова-нии – повышение стойкости абразивного инструмента и производительности процесса обработки.

Рассмотрим специальные наладки станков с тарельчатыми кругами, позволяющие повысить производительность обработки, уменьшить возникающие погрешности профиля зуба, а при использовании безобкатного способа шлифования даже расширить технологические возможности оборудования.

Отечественные зубошлифовальные станки с тарельчатыми кругами моделей 5851, 5А851,5853, а также аналогичные станки швейцарской фирмы Maag относятся к станкам класса А, т. е. к особо высокоточным. По точности они уступают лишь станкам с плоским кругом моделей МШ-350, 5А893 и аналогичным им станкам фирмы "Хурт" (ФРГ).

Однако в станках с плоским кругом отсутствует возможность продольного перемещения обрабатываемого изделия относительно шлифовального круга, из-за чего область применения таких станков ограничена изделиями с небольшой шириной венца (b£50 мм). Кроме того, станки с тарельчатыми кругами имеют заметно большие возможности для шлифования шлицев с модифицированной поверхностью (срез головки или ножки, продольная бочкообразность заданной формы и т. п.). Поэтому, по мнению автора, прекращение выпуска таких станков — временное явление, в ближайшем будущем это оборудование будет востребовано теми отраслями машиностроения, где необходима высокоточная обработка закаленных зубчатых передач с шириной венца более 50…60 мм (авиационная промышленность, судостроение, прецизионное станкостроение и т. д.).

Существующая техническая документация к названным станкам подробно описывает стандартные наладки, при которых плоскости режущих кромок тарельчатых кругов располагают вертикально и параллельно друг другу на расстоянии длины общей нормали (угол шлифования a_ш = 0) или наклоняют вместе с суппортами на угол a_ш , равный углу исходного контура обрабатываемого изделия.

В статье рассмотрены специальные наладки станков с тарельчатыми кругами, которые позволяют в одних случаях повысить производительность обработки, в других — уменьшить возникающие погрешности профиля зуба, а иногда, используя сравнительно новый безобкатный способ шлифования [1] косых зубьев, даже расширить технологические возможности оборудования, о чем подробно сказано ниже.

В технической литературе этот вопрос освещен явно недостаточно. В работе [2] введено понятие производственной окружности, которая при специальных наладках не совпадает с делительной окружностью шлифуемого изделия, вследствие чего утлы шлифования и исходного контура не равны друг другу (a_ш ¹a). Однако это важное теоретическое положение автор работы [2] не довел до практической реализации: в ней отсутствуют формулы настройки станка при a_ш ¹a. В работе [3] ничего не говорится о наладке станков с тарельчатыми кругами, а в работе [4] даже неправильно изображено взаимное расположение кругов при 20-градусном шлифовании (при наклоне суппортов).

На станках старых конструкций (модели 5851, MaagHSS 30, MaagHSS 60/80) зубчатые колеса можно шлифовать как при наклонном расположении осей шлифовальных кругов ("угловой" метод шлифования), так и при горизонтальном (0-градусный метод шлифования). На станках последних моделей (5А851, MaagHSS 80 и др.) возможно только более перспективное 0-градусное шлифование.

Сначала рассмотрим расположение кругов при наклонном положении суппортов, т. е. при "угловом" методе шлифования. Обычно в этом случае круги располагают в одной впадине, суппорты с кругами наклоняют на угол а_ш , равный углу исходного контура а шлифуемого изделия (a_ш = a), а колонку и линейку в механизме спиралеобразования поворачивают на угол b_ш , равный углу наклона b косого зуба (b_ш = b). Если круги расположить в одной впадине не удается (например, при шлифовании мелкомодульных зубчатых колес или колес среднего модуля, но с большим положительным коэффициентом смещения), их располагают в соседних впадинах, сохраняя и угол наклона суппортов, и угол поворота колонки. Диаметр обкатного ролика (сектора) d_p в этом случае должен быть равен диаметру делительной окружности шлифуемого зубчатого колеса за вычетом толщины обкатных лент. Таким образом, при стандартной наладке для каждого обрабатываемого изделия нужен свой обкатный ролик.

Однако, используя нестандартные приемы наладки станка, иногда удается не изготовлять новый обкатный ролик (сектор), а использовать ранее изготовленный. Заметим, что в случае шлифования косых зубьев не только угол наклона суппортов должен отличаться от угла исходного контура обрабатываемого изделия, но и угол поворота колонки с кругами, а также угол b_ш поворота линейки в механизме спиралеобразования должен отличаться от угла b наклона зуба, т. е. b_ш ¹b. В этом случае, исходя из равенства хода винтовой поверхности на цилиндре любого диаметра, по одной из формул получим:

Или

(2.1)

где d_р – диаметр имеющегося обкатного ролика, мм;

d – толщина обкатных лент, мм

b – угол наклона зуба на делительной окружности, мм ;

m и z – модуль (мм) и число зубьев шлифуемого изделия соответственно.

При шлифовании прямозубых зубьев нужно определять только один элемент специальной наладки — угол наклона суппортов. Формула для вычисления a_ш значительно упрощается

a_Ш = arcos (cosasinb / sinb_Ш ), (2.2)

На Московском заводе шлифовальных станков, когда это предприятие нормально функционировало, при выполнении разовых заказов неоднократно успешно применяли описанный прием наладки станка, причем диаметр установленного на станок ролика обычно отличался от традиционного на 1…6 мм.

Теперь рассмотрим вопрос наладки станка, когда приемлемых роликов в наличии нет и нужно изготовить оптимальный ролик, обеспечивающий одновременную обработку обеих сторон прямого зуба в течение всего хода обката и, как следствие, максимально возможную производительность обработки конкретного изделия при наклонном положении суппортов.

Сначала проанализируем последовательность шлифования различных участков обеих сторон прямого зуба при традиционной наладке (a_ш = a) и расположении кругов в одной впадине. В крайнем правом положении каретки, т. е. наиболее близком к оператору, правый круг обычно шлифует точку a₁ с радиусом кривизны на головке левой стороны зуба, а левый круг в этот момент не шлифует другой участок (при наличии выкружки он ничего не шлифует). При шлифовании участка a₁ b₁ левой стороны (рис. 2.1, а) правая сторона соседнего зуба не шлифуется. В момент обработки точки b₁ начинается шлифование правой стороны другого зуба в начальной точке контура с₂ с радиусом кривизны r_р . При дальнейшем движении каретки влево и соответствующем повороте изделия в центрах по часовой стрелке одновременно обрабатываются обе стороны: левая сторона зуба — от головки к ножке (участок a₂ b₂ ) и правая сторона другого зуба — от ножки к головке (участок c₂ b₂ ). В момент шлифования точки b₂ правый круг прекращает свою работу, поскольку участок левой стороны зуба к этому времени полностью спрофилирован. В дальнейшем только левый круг шлифует участок b₂ a₂ правый круг в работе не участвует. В крайнем левом положении каретки (наиболее удаленном от оператора) шлифуется точка a₂ головки правого зуба с радиусом кривизны р_а .

При обратном движении каретки участки зуба шлифуются в обратном порядке: сначала только a₂ b₂ затем одновременно b₂ с₂ и c₁ b₁ и, наконец, только участок головки b₁ a₁ левой стороны зуба. Ясно, что при такой наладке одновременная обработка двух сторон разных зубьев осуществляется только часть времени.

Чтобы оптимизировать обработку впадины, а значит, и всего колеса, нужно наклонить суппорты на оптимальный угол a_{ш опт} ¹a, при котором одновременно шлифуются точка a₁ на головке левой стороны зуба с радиусом кривизны r_a и точка с₂ на ножке правой стороны другого зуба с радиусом кривизны р_р . В этом случае по мере движения каретки справа налево левая сторона зуба будет шлифоваться от головки к ножке (от точки a₁ к с₁ ) и одновременно с ней правая сторона — от ножки к головке, т. е. от точки с₂ к а₂ (рис. 2.3, б).

Рис.2.3 Контакт тарельчатых шлифовальных кругов с обрабатываемой впадиной при традиционной (а) и оптимальной (б) наладке в наклонном положении суппортов

Для получения необходимого профиля в этом случае диаметр обкатного ролика