Современные тенденции развития технологии обкатного зуботочения

Аннотация

Рассмотрены кинематика обкатного зуботочения, применяемые режущие инструменты и режимы резания. Исследованы конструкции режущего инструмента: цельного и сборного со вставными острозаточенными резцами из твёрдого сплава. Приведены особенности конструкции станка для обкатного зуботочения.

Полный текст

Обкатное зуботочение – метод непрерывного нарезания зубьев цилиндрических колёс - известен уже более 100 лет (патент Германии 1910 г.). Он базируется на комбинации движений, характерных для обкатных процессов зубофрезерования и зубодолбления, и позволяет изготовлять цилиндрические зубчатые колёса с внешним и внутренним зацеплением. При этом наиболее часто обкатное зуботочение применяют для обработки зубчатых колёс внутреннего зацепления. В основу обкатного зуботочения положена винтовая зубчатая передача, которую образует зубчатое колесо 1 и инструмент 2 в форме зубчатого долбяка (рисунок 1). Благодаря углам наклона колеса β2 и долбяка β0 образуется угол скрещивания осей Σ = β2 + β0. При обработке цилиндрических зубчатых колёс с внутренним зацеплением Σ = ± 25…35°. В процессе резания при взаимном круговом движении инструмента V0 и заготовки V2, а также под действием осевого движения подачи инструмента Dso каждая режущая кромка долбяка контактирует с боковыми поверхностями зубьев в различных точках по высоте и длине. Так как контакт инструмента и заготовки носит кратковременный характер, то процесс резания проходит с низким теплообразованием даже при высоких угловых скоростях. При зуботочении передний угол может изменяться на входящей и выходящей стороне зуба долбяка от 0 до -50°, что приводит к увеличению составляющих силы резания и требует больших задних углов по вершине и по боковой режущей кромке (αб = 12…15°), а также специальной заточки инструмента. Рисунок 1. Схема обкатного зуботочения Главным недостатком используемых до настоящего времени инструментов (долбяков цилиндрической и конической формы) является небольшой угол по вершине. Чем меньше угол по вершине зубьев долбяка, тем выше термическая нагрузка на режущую кромку и ниже срок службы инструмента. Как правило, критерием износа таких инструментов является износ по задней поверхности и реже трещины на поверхности зубьев, перпендикулярные режущей кромке. При зуботочении инструментами из быстрорежущей стали стальных заготовок скорость резания 20…40 м/мин при числе оборотов инструментального шпинделя до 200 об/мин и осевой подаче 0,5…2,0 мм на оборот долбяка обеспечивают более высокую производительность по сравнению с зубофрезерованием и зубодолблением. Зуботочением достигают достаточно высокую точность зубьев (7-9-я степень точности), однако низкая стойкость долбяков из быстрорежущей стали во многих случаях делает этот процесс экономически неприемлемым. Проведённые исследования показали, что применение новых конструкций режущих инструментов с острозаточенными твёрдосплавными резцами 3 аналогично применяемым при нарезании конических колёс с криволинейными зубьями позволяет существенно повысить экономическую эффективность технологии обкатного зуботочения. У таких резцов передний угол 4 и задние углы по вершине 6 и боковым режущим кромкам 5 могут задаваться в широком диапазоне с учётом оптимизации процесса стружкообразования. После изготовления и заточки резцы устанавливают в резцовую головку с высокой точностью (радиальное биение режущих кромок не более 0,0025 мм) и жёстко закрепляют двумя винтами. Очень важно, что при изготовлении и периодической заточке форма боковых поверхностей резцов может оперативно изменятся с учётом требований последующей мехобработки или деформаций, получаемых при ХТО. С целью повышения стойкости резцовых головок резцы после каждой заточки покрывают износостойкими покрытиями методом физического осаждения (PVD). В качестве материала для износостойкого покрытия чаще всего используют карбонитрид титана (TiCN) и нитрид титана алюминия (TiAlN). Для технологии обкатного зуботочения необходимы чрезвычайно точные комбинации движений одновременно по нескольким осям, поэтому требуются станки с высокодинамичными приводами прямого действия, термической стабильностью, а также статической и динамической жёсткостью. Хорошим решением для обкатного зуботочения является станок с вертикальным расположением шпинделя заготовки 1 (рисунок 2). Он обеспечивает хороший отвод большого объёма стружки из зоны резания и позволяет выполнять зуботочение без подачи СОЖ со скоростью резания 150…250 м/мин при частоте вращения инструментального шпинделя до 2000 мин-1. Рисунок 2. Станок для обкатного зуботочения вертикальной компоновки Внесённые изменения позволили значительно расширить область применения обкатного зуботочения на: - зубчатые колёса планетарных механизмов и гидромеханических коробок с эвольвентным внутренним зацеплением; - внутренние шлицевые зацепления; - зубчатые колёса с внешним эвольвентным зацеплением и близко расположенными зубчатыми венцами, ограничивающими вход и выход червячной фрезы из резания.