7.11 Зубошлифование конических колес

Все зубошлифовальные станки отличаются друг от друга конструктивно, так как работают они разными способами воспроизведения абразивным инструментом воображаемых производящих колес, а также имеют различные внутренние кинематические связи и типоразмеры.

На примере зубошлифовального станка 587В рассмотрим принципы наладки зубошлифовальных станков, предназначенных для обработки конических колес.

Зубошлифовальный станок модели 587В предназначен для обработки конических зубчатых колес точных машин и механизмов с прямыми зубьями, диаметром до 125 мм, окружным модулем до 3 мм. Обработка на нем осуществляется методом обката одним абразивным инструментом, имеющим одну цилиндрическую рабочую поверхность, ограниченную двумя рабочими коническими. Закаленные до высокой твердости зубчатые колеса и колеса, изготовленные из труднообрабатываемых материалов, можно шлифовать после предварительного прорезания впадин, а также непосредственно из цельных заготовок.

На станке возможно шлифование колес с зубьями различной продольной модификации, в частности с бочкообразными зубьями. При шлифовании зубчатых колес с нормально понижающимися зубьями (форма I) каждая сторона зубьев шлифуется раздельно. При переходе от одной стороны зуба к другой происходит автоматическая переналадка станка. При шлифовании зубчатых колес с постоянной шириной дна впадины (форма II) обе стороны впадины зубьев шлифуются одновременно, при этом производительность станка возрастает в 2 раза. Скорость V_рез вращения абразивного инструмента и время цикла t_м регулируются бесступенчато и во время работы станка.

Точность зубчатых колес, обработанных на станке, зависит от точности и жесткости оправки, режимов резания, а также от параметров шлифуемого колеса. Для достижения точности при обработке колес с числом зубьев меньше 12 и углом начального конуса δ=20° рекомендуется работать на пониженных режимах, так как в этих случаях частоты вращения точных червячных передач люльки и бабки изделия при нормальных режимах достигают больших величин, а оправки, на которых крепятся шлифуемые колеса, становятся нежесткими, так как имеют увеличенный вылет от шпинделя изделия.

Станок снабжен счетчиком циклов, отмечающим число зубьев, обработанных на заготовке. Общее число зубьев, которое необходимо обработать, устанавливается при наладке станка. Полная шкала счетчика циклов рассчитана на 150 зубьев. Но это не значит, что на станке можно обработать зубчатое колесо с максимальным числом зубьев z=150. При обработке большего числа зубьев на счетчике циклов устанавливается половина того числа, какое необходимо шлифовать. Во время работы станка после отсчета установленного числа зубьев счетчик приходит в исходное положение, и счет второй половины шлифуемых зубьев продолжается, пока на заготовке не будет прошлифовано необходимое число зубьев. При необходимости обработки колес с простым числом зубьев, превышающим 100 (например, 107, 113), станок должен быть снабжен сменным зубчатым колесом именно с таким же числом зубьев.

Станок снабжен механизмом винтового движения врезания, позволяющим работать на нем простым и комбинированным способом. Он является полуавтоматом, так что от оператора требуется только снять обработанное колесо, установить заготовку и пустить станок в ход. По окончании обработки он автоматически останавливается, поэтому один оператор может обслуживать несколько станков.

Станок работает с периодическим делением. Цикл обработки одного зуба включает рабочий и холостой ходы. При рабочем ходе изделие и обкатная люлька вращаются согласованно в одну сторону, а стол с изделием подведен в рабочее положение. По окончании обката профиля зуба стол с изделием быстро отводится назад, а люлька начинает на ускоренном холостом ходу вращаться в обратную сторону, причем изделие продолжает вращаться в ту же сторону, что и при рабочем ходе. По окончании обратного хода люльки цикл повторяется, причем, поскольку во время обратного хода люльки изделие не изменяет направления вращения, к моменту начала следующего цикла будет пропущено определенное число зубьев, не имеющее общего множителя с числом зубьев заготовки. Таким образом, при повторении цикла столько раз, сколько зубьев у заготовки, произойдет шлифование всех его зубьев.

Зубошлифовальный станок гидрофицирован. Для поддержания температуры масла в гидросистеме и СОЖ в узких пределах с целью недопущения больших тепловых деформаций и снижения точности обработки, станок 587В снабжен холодильной установкой. Она автоматически включается при повышении температуры масла сверх заданного предела, охлаждает его и выключается. Диапазон работы холодильной установки регулируется специальным температурным реле.

Станок является широкоуниверсальным и может быть использован как в крупносерийном производстве, так и в индивидуальном. Наладка станка производится высококвалифицированным наладчиком.

Рассмотрим кинематическую схему зубошлифовального станка модели 587В (рис.189).

Цепь главного движения. Вращение шлифовального круга осуществляется электродвигателем М1, и передается через клиноременную передачу 160/71, через гибкий вал на шпиндель инструмента И. Частота вращения шлифовального круга n_и (об/мин) определяется по формуле

или n_и=680…6800 об/мин.

Скорость резания V_рез (м/с),

При подстановке значения диаметра круга d_и=200 мм и вычисленной частоты вращения, будем иметь V_рез=7..70 м/с.

Для надежной и устойчивой работы станка граничные значения частоты вращения электродвигателя М1 несколько сокращены, поэтому скорость резания ограничена пределами V_рез = 10...60 м/с.

Регулировка скорости резания производится регулятором, установленным на пульте управления станка, и оценивается прибором, градуированным непосредственно в м/с, что позволяет выбирать в любое время работы станка наиболее рациональный режим в зависимости от технологии обработки.

Привод качания суппорта. Движение осуществляется от электродвигателя М2 и передается через клиноременные передачи 63/160, 63/90 и А/В (сменные шкивы А, В гитары качания суппорта) на сменный кривошип К для преобразования вращательного движения в поступательное. Кривошип К имеет различную величину эксцентриситета шипа и устанавливается в зависимости от необходимой длины хода инструмента, которая в свою очередь зависит от ширины b зубчатого венца заготовки. Уравнение кинематического баланса цепи:

Отсюда формула настройки сменных шкивов частоты качания n_д (дв.ход/мин) инструмента

Гитара качания суппорта позволяет устанавливать сменные шкивы А и В диаметром 63, 71, 80, 80, 90, 100 мм и получать пять ступеней частот качания инструмента (160, 200, 253, 320, 400 дв.ход/мин).

Цепь подачи. Вал РВ циклового барабана, несущий кулачки К1 и К2, получает движение от электродвигателя МЗ постоянного тока через клиноременную передачу 140/168, зубчатые колеса 20 - 65 - 30 - 35 - 50 - 50 - 50 и червячную передачу 1/60. Кулачок К1посредством рычага подводит стол, поворотную плиту, бабку изделия с заготовкой в рабочее положение и отводит его на время обратного холостого хода для производства деления. Другой кулачок К2 работает только при настройке механизма винтового движения и работе комбинированным способом. При этом во время рабочего хода станка кулачок К2 посредством рычага медленно перемещает стол, а следовательно, и заготовку на вращающийся со скоростью V_рез резания инструмент. Происходят обкат и медленное врезание инструмента в заготовку до определенного момента. Затем подача стола вперед прекращается, и происходит чистый обкат на угле качания люльки, достаточном для формирования боковых поверхностей зубьев. На время обратного хода стол отводится кулачком К2 так же, как и кулачком К1.

Уравнение кинематического баланса цепи n_рв (об/мин):

или

При холостом ходе распределительный вал РВ поворачивается на 150° (0,42 оборота). Время t_хол (с/зуб), затрачиваемое при этом, равно

Подставив n_рв, получим

Частота вращения электродвигателя МЗ при холостом ходе постоянна и равна n_э = 3000 об/мин, следовательно t_хол = 2,3 с/зуб.

Оставшуюся 0,58 часть оборота (210°) вал РВ делает за время рабочего хода станка. Время t_раб (с/зуб) равно

или при подстановке n_рв получим

Так как в этом случае электродвигатель МЗ вращается с частотой п_э = 440.. .2700 об/мин, то время рабочего хода будет t_раб (с/зуб) в пределах

Общее машинное время цикла t_м выразится формулой t_м=2,3+t_раб, а затрачиваемое на обработку всей заготовки с числом зубьев z: T_м=t_м×z.

Регулировка времени обработки одного зуба производится регулятором, установленным на пульте управления станка, и оценивается прибором непосредственно в с/зуб, что позволяет легко и просто устанавливать при первых проходах малое время обработки одного зуба, а при чистовых — увеличенное, добиваясь тем самым хорошей точности изделий и максимальной производительности станка.

Цепь деления. Движение цепи деления снимается с распределительного вала РВ и через червячную передачу 60/1, зубчатые колеса 50—50—50—20—20—20—20—20—38 — 38 — 24—24, сменные зубчатые колеса С, D, Е, F гитары деления и делительную червячную передачу с 1/180 передается на заготовку. Уравнение кинематического баланса запишется из условия, что заготовка, имеющая z зубьев, повернется на целое число зубьев z_i за цикл тогда, когда она при полном обороте распределительного вала РВ повернется на z_i / z оборота, т. е.

Отсюда формула настройки гитары деления:

В рассматриваемом зубошлифовальном станке, как и в зубострогальных станках 5П23Б и 5П23БП, делительного механизма нет. Его роль выполняет реверсивный механизм, который меняет направление вращения люльки, в то время как распределительный вал РВ вращается всегда в одну сторону. Во время холостого хода люлька, возвращаясь назад в исходное положение, пропускает z_i зубьев на заготовке. Это число z_i зубьев — простое и не имеет общих множителей с числом зубьев z шлифуемого колеса. Следовательно, при каждом новом цикле будет обрабатываться новая впадина. При повторении же циклов столько раз, сколько зубьев на заготовке, все они будут обработаны.

Цепь обката обеспечивает синхронное вращение обрабатываемого колеса, имеющего z зубьев, и воображаемого производящего колеса, имеющего z_с зубьев, связанного с люлькой, при рабочем ходе. Движение снимается с заготовки и через делительную червячную передачу 180/1, сменные зубчатые колеса F, Е, D, С гитары деления, зубчатые колеса 24 — 24 — 38 — 38—20—20—20—61 —62—61— 20—120 — 20, сменные зубчатые колеса G, Н, I, J гитары обката и червячную передачу 1/180 передается люльке Л. Уравнение кинематического баланса цепи обката запишется из условия, что при одном обороте шлифуемого зубчатого колеса, имеющего z зубьев, люлька должна повернуться на z_i/z_c оборота, т.е

Подставив сюда значение формулы для гитары деления, будем иметь формулу настройки гитары обката

Цепь распределительного вала. Число пропускаемых зубьев z_i будет выражено формулой а полный угол υ_л обката люльки будет такой же, как и при строгании двумя резцами, расположенными в одной впадине, как для станка 5Т23В, т.е определиться формулой:

υ_л=υ_л1 +υ_л2, где υ_л1- угол качания люльки,

а

Режущий инструмент.

На зубошлифовальном станке 587В применяется дисковый шлифовальный круг с отверстием под планшайбу, имеющий две конические поверхности, расположенные под углом α исходного контура производящего колеса (рис.190). На работе на станке рекомендуется применять шлифовальные круги, изготавливаемые из белого электрокорунда (ЭБ) и зеленого карбида кремния (КЗ). Белый электрокорунд менее твердый материал, чем зеленый карбид кремния, но более прочный, поэтому его можно применять для шлифования конических зубчатых колес из материалов с высоким пределом прочности, например из сталей, ковкого чугуна, наиболее вязких марок легированной бронзы, а также при обработке конических колес, если особо нежелательно получение прижогов. Зеленый карбид кремния применяется при шлифовании зубчатых колес, изготавливаемых из материалов с большой твердостью, а также из весьма вязких материалов, обладающих низким пределом прочности (твердые сплавы, быстрорежущие и высоколегированные стали, отбеленный чугун, бронзовые и латунные отливки, а также неметаллические материалы). Шлифовальные круги из указанных материалов должны быть на керамической (К) или органических (СК, СКН, Б) связках.

Рассматриваемые шлифовальные круги изготавливаются из зерен различной величины. Для работы на станке назначение зернистости абразивного материала (диаметра dз зерна) производится в зависимости от торцового модуля m_te обрабатываемого колеса по номограмме или по формуле dз=(0,04…0,06) m_te.

В шлифовальных кругах на керамической связке имеет место невыгодное расположение зерен, когда многие из них по своей продольной оси становятся вдоль оси вращения. В этом случае фактически работает зерно большего размера, поэтому необходимо производить выбор шлифовальных кругов с зернистостью, уменьшенной на ряд.

Шлифовальные круги, в частности, характеризуются твердостью. Твердость шлифовальных кругов — это сопротивляемость связки вырыванию абразивных зерен с поверхности инструмента под влиянием внешних усилий. При шлифовании конических зубчатых колес применяют следующие ступени твердости: МЗ — мягкие; СМ1, СМ2 — среднемягкие; С1, С2 — средние; СТ1, СТ2, СТЗ — среднетвердые и Т1, Т2 — твердые.

Последовательность наладки и подготовка станка

Шлифование конических зубчатых колес — процесс окончательный. После зубошлифования колеса не подвергаются никакой другой обработке. К этому времени зубчатые колеса проходят весь технологический маршрут, включая и термическую обработку. Поэтому это очень ответственная операция, и к ней необходимо относиться особенно внимательно.

Точность изделий зависит от многих факторов: от точности станка, инструмента, оснастки, заготовок, от режущих свойств инструмента, обрабатываемости материала заготовки, режимов обработки, перепадов температуры окружающей среды, вибросвойств фундамента и многого другого. Требования к коническим колесам, подвергающимся зубошлифованию, особенно жесткие, так как они должны работать в точных машинах или приборах.

Кроме точности, к шлифовальным колесам предъявляются повышенные требования в отношении качества поверхностей зубьев, однородности их поверхностей с глубинными слоями металла заготовки, ненарушения их структуры, твердости. Шлифовочные прижоги и возникшие при этом остаточные внутренние напряжения, а вместе с ними и микротрещины снижают точностные показатели и могут привести к неисправимому браку.

Этапы наладки зубошлифовальных станков: подготовка станка к работе, наладка узлов, шлифование зубьев, контроль обработанных зубчатых колес на контрольно-обкатном станке, подналадка, новое зубошлифование и контроль обкаткой.

Наладка узлов станка включает в себя: установку в исходное положение аппарата правки и суппорта; снятие и установку шлифовального круга; выверку установки алмазного инструмента; наладку механизма изменения координат шлифовального круга; наладку механизма доворота люльки; наладку механизма профильной модификации; установку места действия и длины хода шлифовального круга; наладку гитары качаний суппорта; установку исходного угла люльки; наладку гитары обката, осевую установку бабки изделия; угловую установку бабки изделия; установку смещения стола; наладку механизма комбинированного способа обработки зубчатых колес и