Быстрый поиск

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

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/cosaш oпт) - 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;

ра и рр — соответственно радиусы кривизны контура на диаметре вершин и в начальной точке, мм;

inva = tga - a;

db = m z cos a — 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 / d b

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 £ r b cos a*Ш - ра sin a*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.

Таким приемом можно осуществить подналадку станка с целью устранения положительного отклонения шага зацепления (положительного отклонения профиля зуба при его измерении от ножки к головке) после шлифования пробного колеса. Отрицательный угол поворота суппортов вычисляется по формуле:

(2.6)

Например, если при шлифовании ранее упомянутого прямозубого колеса т = 1 мм, г = 38, х = 0 получим среднее отклонение шага зацепления +10 мкм, то для устранения этой погрешности нужно либо шлифованием уменьшить диаметр обкатного ролика на величину:

D dp= z fpbr / 1000p = 0.12мм, либо согласно расчетам по формуле (2.6) повернуть горизонтально расположенные оси шлифовальных кругов на отрицательный угол = a*Ш и согласно формуле (2.5) дополнительно опустить нижние точки шлифовальных кругов на 2 мм.

Нужно заметить, что осуществлять подналадку станка поворотом кругов при 0-градусном шлифование: можно лишь в случае положительного отклонения шага зацепления (положительного равномерно нарастающего отклонения профиля зуба при проверке от ножки к головке зуба), при отрицательном отклонении используют подкладные ленты. Подчеркнем, что формулу (2.6) экспериментально не проверяли.

В то же время эта работа показала трудности такого шлифования: не удалось шлифовать обе стороны зуба одновременно. Если при выбранном ролике погрешность направления зуба (винтовой линии) зависит только от угла поворота направляющих линейки в механизме спиралеобразования, то погрешность профиля помимо этого фактора зависит также от углов рн поворота колонки с кругами и аш наклона суппортов, от формы круга (нужно обеспечивать при правке идеальную плоскостность) и его ориентации в вертикальной и горизонтальной плоскостях относительно оси центров станка.

Неправильная ориентация шлифовального круга в пространстве приводит к характерной для этого способа обработки погрешности профиля. Причем для устранения "местного" утолщения на головке зуба круг нужно отодвинуть от обрабатываемой поверхности во впадину; если же получено утолщение на ножке, круг следует переместить в противоположном направлении, т. е. в направлении обрабатываемой поверхности. Проведенные эксперименты, показали, что при шлифовании упомянутого выше изделия смещение плоскости правого шлифовального круга во впадину на 2 мм и соответствующий этому смещению поворот изделия, в центрах против часовой стрелки устранили "местное" утолщение на головке зуба глубиной 60 мкм и высотой, равной 0,4 высоты.

Однако правильно сориентировать положение кругов при угловом мето-де шлифования значительно трудней, чем при 0-градусном. Поэтому шлифовать следует безобкатным способом главным образом при горизонтальном расположении осей шлифовальных кругов.

Выводы

1. При шлифовании тарельчатыми кругами угловым методом возможно использование обкатного ролика, диаметр которого отличается от диаметра делительной окружности шлифуемого изделия на несколько миллиметров: на l…3 мм при d < 100 мм, на 3…6 мм при 100 < d < 200 мм и на 6-8 мм при 200 < d < 300 мм. Причем, если диаметр используемого ролика больше диаметра делительной окружности, то угол наклона суппортов, угол поворота колонки и угол поворота линейки в механизме спиралеобразования должны бытьсоответственно больше угла исходного контура (aш > a) и угла наклона зуба (bш > b) шлифуемого изделия. Если же dp + d < d, то, наоборот, aш < a и bш < b.

2. Учитывая возможность шлифования зубьев с углами, не равными углу исходного контура обрабатываемого изделия, рекомендуется проектировать ролики, позволяющие выполнять оптимальную обработку, при которой обе стороны зуба шлифуются в течение всего хода обката одновременно. Это позволит обеспечить минимальный ход обката и, как следствие, уменьшить время шлифования на 5…15 %.

3.При "модифицированном" 0-градусном методе шлифования (повороте кругов на отрицательный угол aШ £ 4°) возможно использование обкатного ролика с диаметром, на 0,1…0,5мм большим расчетного, а также шлифование с минимальным ходом обката (без перебега на головке и ножке зуба), что уменьшает погрешности профиля зуба.

3. Патентные исследования

Задача раздела – на базе патентного поиска предложить прогрессивное техническое решение (ТР) в целях усовершенствования технологической операции шлицефрезерования, для черновой обработки шлицев детали «Шпиндель» и сделать вывод о возможности его использования.

3.1 Обоснование необходимости патентных исследований

В качестве объекта усовершенствования процесса шлицеобработки как технологической системы примем применяемый в базовом техпроцессе режущий инструмент – фреза шлицевая.

Усовершенствовать фрезу шлицевую можно путём использования прогрессивных технических решений (ТР) созданных в последнее время. Выявить прогрессивные технические решения, которые могут лечь в основу конструкции усовершенствованной фрезы шлицевой, можно в результате патентного исследования уровня техники «общей конструкции фрезы шлицевой». Использовать усовершенствованный режущий инструмент можно только в том случае, если он обладает патентной чистотой в странах, где предполагается его использование. Установить, обладает ли усовершенствованный объект патентной чистотой можно в результате его патентной экспертизы.

Описание базового инструмента

Фреза шлицевая (рис.3.1) предназначена для обработки резанием шлицевых пазов вала из стали 19ХГН ГОСТ4543-71.

Фреза шлицевая содержит рабочую режущую часть 1 из быстрорежущей стали. Режущие зубья 2 заточены по трем граням, которые образуют фрезу трех стороннего действия в процессе резания.

Режущая часть содержит переднюю поверхность 3 и заднюю поверхность 4, которые пересекаясь образуют главную режущую кромку 5. Задняя поверхность 4 переходит в спинку зуба 6.

Рис. 3.1 Фреза шлицевая

Преимуществом данной фрезы является более высокая производительность обработки по сравнению с прорезными (шлицевыми фрезами, за счет трехстороннего резания).

Последовательность работы фрезы: инструменту сообщается вращение вокруг своей оси и продольную подачу в направлении заготовки, или чаще всего, продольную подачу заготовке, закрепленной на столе станка. Главная режущая кромка 5 и вспомогательные режущие кромки 7,8 снимают слой материала, образуя стружку.

Недостатками данной конструкции фрезы шлицевой являются:

1) низкая стойкость зубьев, что влечет за собой узкие технологические возможности;

2) конструкция, не гасящая сильные вибрации в процессе резания;

3) из-за предыдущего недостатка низкое качество обработки, что влечет требование дополнительных операций в техпроцессе для достижения необходимой шероховатости и точности шлицев.

Устранение этих недостатков возможно только при проведении патентных исследований.

3.2 Исследование достигнутого уровня вида техники конструкции режущего инструмента

Недостатком инструмента является стойкость зубьев, что влечет за собой узкие технологические возможности.

Целью исследования является повышение стойкости и жесткости инструмента путём изменения конструкции фрезы шлицевой.

3.2.1 Составление регламента поиска №1 (1,2)

Регламент поиска определяет перечень исследуемых технических решений (ИТР), их рубрику по Международной классификации изобретений и индекс универсальной десятичной классификации УДК, страны поиска, его ретроспективность (глубину), перечень источников информации, по которым предполагается провести поиск.

Совершенствуемый объект фреза шлицевая относится к устройству. В зависимости от объекта усовершенствования выявляем используемые в нем ТР.

Фреза шлицевая содержит следующие ТР:

а) фреза шлицевая, общая компоновка;

б) форма заточки зубьев;

в) расположение зубьев;

г) материал режущей части;

д) профиль зубьев.

Для достижения цели исследования - повышения стойкости зубьев фрезы шлицевой путём изменения конструкции, будем исследовать режущую часть и общую компоновку режущего инструмента.

Для определения рубрики международной классификации изобретений (МКИ) ИТР определяем ключевое слово "Фреза". По алфавитно-предметному указателю, т. 2, определяем предполагаемый раздел. По разделу В 23 С 5/00 Фрезы” окончательно определяем рубрику.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14