Технологический процесс изготовления шпинделя 4-хшпиндельной комбинированной головки (стр. 4 из 20)
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 (aш = 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 a1b1левой стороны (рис. 2.1, а) правая сторона соседнего зуба не шлифуется. В момент обработки точки b1начинается шлифование правой стороны другого зуба в начальной точке контура с2 с радиусом кривизны rр. 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 a2b2) и правая сторона другого зуба — от ножки к головке (участок c2b2). 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 b2a2 правый круг в работе не участвует. В крайнем левом положении каретки (наиболее удаленном от оператора) шлифуется точка a2головки правого зуба с радиусом кривизны ра.
При обратном движении каретки участки зуба шлифуются в обратном порядке: сначала только a2b2 затем одновременно b2с2и c1b1 и, наконец, только участок головки b1a1 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 aш опт¹a, при котором одновременно шлифуются точка a1 на головке левой стороны зуба с радиусом кривизны ra и точка с2 на ножке правой стороны другого зуба с радиусом кривизны рр. 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
dp = (mzcos a/cosaшoпт) - d,
где aш опт — оптимальный угол наклона суппортов, при котором обеспечена 100 %-ная одновременная обработка обеих сторон впадины.
Определение угла aш опт (в радианах) автор подробно рассмотрел в работе [5] применительно к зубошлифовальным станкам с коническим кругом. Поэтому приведем только конечную зависимость (бет вывода):
(2.3)где х – коэффициент смещения исходного контура;
a — угол исходного контура;
z — число зубьев шлифуемого изделия;
раи рр — соответственно радиусы кривизны контура на диаметре вершин и в начальной точке, мм;
inva = tga - a;
db = mzcosa — диаметр основной окружности, мм.
Зависимость (3) получена из условия расположения кругов в одной впадине, если же круги расположены в соседних впадинах значение аш опт увеличивается на половину углового шага, т. е. на величину p/z.
В таблице 1 приведены значения оптимальных углов наклона суппортов для прямозубых колес со стандартным исходным контуром (a = 20°), вычисленные из условия их зацепления с рейкой при разных числах зубьев и коэффициентах смещения.
Максимальный угол наклона суппортов на станках фирмы Maag около 25°. Поэтому реализовать оптимальную наладку невозможно для всех рассмотренных зубчатых колес. Ввиду этого в таблице 1 показаны три области.
Первая область расположена в левом нижнем углу таблицы. Это –наименьшая область, ограниченная малозубыми колесами (z = 17 и 35) с положительными коэффициентами смещения (х = +0,5 и +0,25) (выделена полужирными линиями). В этой области (она составляет 10 %) невозможно осуществить оптимальный наклон суппортов ни при расположении кругов в одной впадине, ни (тем более) при расположении их в соседних впадинах.
Таблица 1
Значения оптимальных углов наклона суппортов для прямозубых колес
Вторая область (выделена двойными линиями) расположена в центре таблицы и составляет 33,3%. В этой области можно осуществить оптимальный наклон шлифовальных кругов только при их расположении в одной впадине, при расположении в соседних впадинах оптимальный наклон кругов невозможен.
Третья область — самая большая (более 53%) относится к зубчатым колесам с большим числом зубьев (z > 35) и преимущественно с нулевым или отрицательным смещением. В этой области возможен оптимальный наклон кругов при их расположении как в одной впадине, так и в соседних впадинах.
В таблице 2 приведены вычисленные значения оптимальных углов наклона суппортов для зубчатых колес с углом исходного контура a = 15°, которые до сих пор широко распространены в полиграфическом машиностроении. Проявляется та же закономерность, что и для зубчатых колес со стандартным исходным контуром: значение aш опт увеличивается с увеличением коэффициента смещения и уменьшением числа зубьев. Однако область практической реализации оптимальной наладки в этом случае больше, чем у изделий с a = 20°.
Таблица 2
Вычисленные значения оптимальных углов наклона суппортов
Шлифование с оптимальным наклоном суппортов позволит в 1,1…1,3 раза уменьшить ход обката по сравнению с традиционной наладкой, сократить за счет этого время обработки на 5…15 % и уменьшить погрешности профиля на черновых проходах, как это наблюдалось при шлифовании на станках с коническим кругом [5].
Аналогичную оптимальную наладку станков с тарельчатыми кругами можно осуществить и при 0-градусном методе шлифования, что подробно описано в работе [6]. В этом случае оси шлифовальных кругов располагают не горизонтально, как при традиционной наладке, а наклоняют на небольшой угол a*ш = - (2…4°), обеспечивая этим одновременную обработку крайних точек головки и ножки зуба на противоположных сторонах (с радиусами кривизны ра и рр соответственно) без какого-либо перебега (рис. 2.4, а, б). Существующие модели станков, как ранних, так и последних конструкций, позволяют осуществить показанный на рис. 2.4, б небольшой наклон суппортов.
Рис. 2.4. Контакт тарельчатых шлифовальных кругов с обрабатываемыми зубьями при традиционной (а) и оптимальной (б) наладке и 0-градусном методе шлифования
При шлифовании прямых зубьев угол a*Ш (в градусах) наклона суппортов определяют по формуле
a*Ш = 57,3ra + rр - wкр / db
где ра и рр — радиусы кривизны профиля шлифуемого изделия на диаметре вершин зубьев и в начальной точке соответственно, мм;
wкр — длина общей нормали в охвате шлифовальными кругами, мм; db — диаметр основной окружности шлифуемого изделия, мм.
Диаметр обкатного ролика определяют по формуле:
dp= db /соs аш -d(2.4)
Высота H установки нижних точек шлифовальных кругов над осью центров тоже отличается в этом случае от аналогичной высоты установки при традиционном 0-градусном методе шлифования:
Н £rbcosa*Ш - раsina*Ш (2.5)
В работе [6] отмечено, что на заводе "Красный пролетарий" таким способом было успешно прошлифовано прямозубое зубчатое колесо с модулем т = 3 мм, числом зубьев i= 24 и коэффициентом смещения исходного контура х = 0,671.
Профиль прошлифованного изделия проверяли и погрешности четырех измеренных зубьев не превысили 5…8 мкм.
Наклон шлифовальных кругов от горизонтального расположения их осей необходим для расширения технологических возможностей станка при обработке изделий небольшого диаметра, когда не удается установить плоскости кругов на расстоянии друг от друга, равном длине общей нормали. В частности, на заводе им. И. Румянцева при шлифовании прямозубого зубчатого колеса насоса с модулем т = 2,5 мм, числом зубьев г = 12, нестандартным утлом исходного контура a = 26° пришлось использовать, во-первых, "принцип двойного обката", при котором диаметр обкатного ролика вдвое больше, чем при стандартной наладке (в данном случае dp= 53,7 мм), во-вторых, наклонить суппорты на угол a*Ш = -2,5° и, в-третьих, выбрать увеличенное число зубьев в охвате шлифовальных кругов гкр= 3. Только после этого удалось прошлифовать с требуемой точностью названное зубчатое колесо.
Описанный выше "модифицированный" 0-градусный метод шлифования тоже позволяет, хотя и реже, чем при угловом методе, использовать ранее изготовленный обкатный ролик для обработки заданного зубчатого колеса. Например, для шлифования прямозубого изделия с модулем т = 7 мм, числом зубьев z= 38 (b= 35 мм, х = 0) при традиционной наладке нужно иметь обкатный ролик диаметром dp = 249,6мм (с учетом толщины обкатных лент d = 0.3 мм и предусмотренного рекомендациями занижения диаметра ролика на 0,05…0,07 мм для удобной поднажал). Однако можно использовать имеющийся ролик диаметрам 250 мм. В этом случае потребуется согласно расчетам по формулам (4) и (5) поворот горизонтально расположенных осей шлифовальных кругов (правого — по часовой, а левого — против часовой стрелки) на угол a*Ш = 3° и дополнительное (по сравнению с традиционной наладкой) заглубление кругов на 3,5 мм, т. е. установка нижних точек шлифовальных кругов на высоте Н = 121,2…121,3 мм над осью центров станка.