RU2176178C2

RU2176178C2 - Device for shaving gear wheel

Info

Publication number: RU2176178C2
Application number: RU99107192A
Authority: RU
Inventors: П.А. Гудков; С.В. Хрипунов; С.Ю. Моисеев
Original assignee: Курганский государственный университет
Priority date: 1999-04-05
Filing date: 1999-04-05
Publication date: 2001-11-27

Abstract

FIELD: manufacturing engineering. SUBSTANCE: device has two movable carriages with positioning members mounted on them. The positioning members are made of spherical centering members which provide alignment of gear wheel with the pitch circle of gear ring. Two disk shavers are diametrically contrarily and located on the movable carriages connected by translation drive. The disk shaver are connected with spindle of workpiece through rotary drive. EFFECT: enhanced accuracy of alignment of the gear wheels, removed redistribution of radial and tangential errors of the gear ring, reduced influence of kinematics of shaving process to the accuracy of the workpiece. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области технологии машиностроения и может быть использовано при шевинговании зубчатых колес. The invention relates to the field of mechanical engineering technology and can be used for shewing gears.

Шевингование зубчатых колес проводится после предварительного зубообразования с целью чистовой обработки зубчатого венца и в значительной мере определяет качество деталей. Shaving of gears is carried out after preliminary gearing for the purpose of finishing the gear rim and to a large extent determines the quality of parts.

На операции зубонарезания вследствие одностороннего зазора между центрирующим элементом приспособления и базовым отверстием обрабатываемых зубчатых колес, несовпадения геометрических осей приспособления и планшайбы станка, нежесткости станочной системы возникает радиальное биение зубчатого венца. Дополнительное увеличение данной погрешности наблюдается при закреплении деталей в шевинговальном приспособлении вследствие погрешности базирования. При шевинговании зубчатых колес, имеющих радиальное биение венца, происходит переход радиальных погрешностей в тангенциальные, вследствие чего наблюдается увеличение колебания длины общей нормали. In the gear cutting operation, due to the one-sided gap between the centering element of the device and the base hole of the gears being machined, the mismatch of the geometrical axes of the device and the faceplate of the machine, and the non-rigidity of the machine system, a radial runout of the ring gear occurs. An additional increase in this error is observed when fixing parts in the shaving device due to the basing error. When shewing gears with a radial beating of the crown, there is a transition of radial errors into tangential ones, as a result of which an increase in the oscillation of the length of the general normal is observed.

Устранение колебания длины общей нормали при окончательной обработке зубчатого венца методом свободного обката, например при зубохонинговании, не представляется возможным. Колебание длины общей нормали может быть устранено лишь обработкой, позволяющей удалить с боковых поверхностей зубьев достаточно большие припуски, например зубошлифованием, что обычно для шевингованных зубчатых колес не предусматривается. Радиальное биение зубчатого венца легко устраняется в процессе отделки базового отверстия, например шлифовании, при использовании станочного приспособления для закрепления обрабатываемых деталей с достаточно высокой точностью их центрирования по боковым поверхностям зубьев. The elimination of fluctuations in the length of the common normal during the final processing of the ring gear by the free rolling method, for example during gear honing, is not possible. The oscillation of the length of the common normal can be eliminated only by processing, which allows to remove sufficiently large allowances from the side surfaces of the teeth, for example, by grinding, which is usually not provided for sheaved gears. The radial runout of the ring gear is easily eliminated in the process of finishing the base hole, for example grinding, using a machine tool to fix the workpieces with a sufficiently high accuracy of their centering along the lateral surfaces of the teeth.

Наибольшая точность обработки зубчатых колес в ходе технологического процесса с использованием операций отделки зубчатого венца методом свободного обката, например шевингования, может быть достигнута в результате ограничения перехода радиальных погрешностей в тангенциальные. The greatest accuracy of processing gears during the technological process using the operations of finishing the rim by free rolling, for example shaving, can be achieved by limiting the transition of radial errors to tangential ones.

Известны устройства для осуществления способа центрирования зубчатых колес при шевинговании (а.с. N 1002128 от 07.03.83, МКИ B 23 Q 3/06) и способа отделочной обработки зубчатых колес (а.с. N 804262 от 15.02.81, МКИ B 23 F 19/00). Known devices for implementing the method of centering the gears during shewing (a.s. N 1002128 from 07.03.83, MKI B 23 Q 3/06) and a method for finishing machining gears (a.s. N 804262 from 02.15.81, MKI B 23 F 19/00).

Устройство по а.с. N 1002128 состоит из корпуса с неподвижным центром и кронштейна с подвижным центром, между которыми устанавливается оправка с зубчатым колесом. В корпусе образована полость, которая закрыта запрессованной тонкостенной втулкой, соосной с центрами. Данная полость заполнена гидропластмассой, в результате чего при увеличении ее давления происходит деформирование тонкостенной втулки. Втулка контактирует с центрирующими роликами, размещенными во впадинах зубчатого колеса. Уменьшение диаметра тонкостенной втулки приводит к обжатию установленного зубчатого колеса по делительной поверхности и совмещению оси делительной поверхности с осью центров. Затем производится закрепление зубчатого колеса на оправке при помощи гайки. При шевинговании зубчатых колес, установленных в рассмотренном устройстве, наблюдается значительное повышение точности обработки за счет устранения перехода радиальных погрешностей зубчатого венца в тангенциальные. Эти преимущества рассматриваемого устройства характерны и для заявляемого устройства. Device by A.S. N 1002128 consists of a housing with a fixed center and a bracket with a moving center, between which a mandrel with a gear wheel is installed. A cavity is formed in the housing, which is closed by a pressed thin-walled sleeve, coaxial with the centers. This cavity is filled with hydroplastic, as a result of which, with an increase in its pressure, a thin-walled sleeve is deformed. The sleeve is in contact with centering rollers located in the cavities of the gear. Reducing the diameter of the thin-walled sleeve leads to the compression of the installed gear on the pitch surface and the alignment of the axis of the pitch surface with the axis of the centers. Then the gear is secured to the mandrel with a nut. When shewing gears installed in the considered device, there is a significant increase in the accuracy of processing by eliminating the transition of radial errors of the gear to tangential. These advantages of the device in question are characteristic of the claimed device.

Однако устройство по а.с. N 1002128, принятое в качестве аналога, имеет недостатки, поскольку предназначено для использования только центровых оправок и обеспечивает возможность установки зубчатых колес на оправках лишь вне станка, что не позволяет компенсировать возможные погрешности собственно станочной системы. Данные недостатки устраняются в заявляемом устройстве. However, the device according to A.S. N 1002128, adopted as an analogue, has disadvantages, since it is intended for use only with center mandrels and provides the possibility of installing gears on mandrels only outside the machine, which does not allow to compensate for possible errors of the machine tool system itself. These shortcomings are eliminated in the inventive device.

За основу заявляемого устройства принят прототип - устройство для осуществления способа отделочной обработки зубчатых колес по а.с. N 804262. The basis of the claimed device adopted a prototype - a device for implementing the method of finishing processing of gears on.with. N 804262.

Устройство состоит из двух дисковых шеверов с неподвижными и взаимно параллельными осями и поворотного стола, на котором для установки обрабатываемого зубчатого колеса размещены две центровые бабки. Кинематическая цепь между шеверами замкнута при помощи шарнирного четырехзвенника, образованного из кривошипов и шатуна. Поворотный стол обеспечивает возвратно-поступательные перемещения обрабатываемой детали и с возможностью поворота на заданный угол скрещивания между осями инструментов и центровых бабок установлен на люльке. Люлька соединена с гидравлическим приводом, обеспечивающим тангенциальное смещение зубчатого колеса в направлении к инструментам на величину припуска под обработку. Шевингование зубчатых колес в данном устройстве осуществляется по схеме однопрофильного зацепления обрабатываемой детали с двумя шеверами. Применение двух инструментов характерно и для заявляемого устройства. The device consists of two disk shavers with fixed and mutually parallel axes and a rotary table, on which two center heads are placed for installing the gear to be machined. The kinematic chain between the shavers is closed with the help of a hinged four link formed from cranks and a connecting rod. The rotary table provides reciprocating movement of the workpiece and with the possibility of rotation by a predetermined angle of intersection between the axes of the tools and center headstock mounted on the cradle. The cradle is connected to a hydraulic drive that provides a tangential displacement of the gear in the direction of the tools by the amount of machining allowance. Gear shewing in this device is carried out according to the scheme of single-profile engagement of the workpiece with two shavers. The use of two tools is typical for the claimed device.

Устройство, принятое в качестве прототипа, имеет существенные недостатки. The device adopted as a prototype has significant drawbacks.

В устройстве предусмотрена установка зубчатого колеса непосредственно в центрах, что при наличии жесткой кинематической связи между инструментами приводит в ходе шевингования к переходу исходных радиальных погрешностей зубчатого венца в тангенциальные. Кроме того, обработка левых и правых профилей зубьев колеса производится соответствующими профилями зубьев шевера, поэтому при неизменном расстоянии между осями инструментов к степени идентичности их размеров и точности предъявляются высокие требования. Невозможность изменения межосевого расстояния между шеверами существенно уменьшает универсальность устройства, поскольку при такой конструкции обеспечивается возможность шевингования ограниченного числа типоразмеров зубчатых колес. Данное устройство имеет также и низкую производительность обработки, обусловленную однопрофильной схемой шевингования и последовательным удалением припуска в результате серии возвратно-поступательных перемещений изделия. Недостатком прототипа является и невозможность точной настройки на требуемый размер зубьев венца. Применение в цепи тангенциального смещения обрабатываемой детали гидравлического привода уменьшает динамическую жесткость системы в целом, что является причиной возникновения вибраций зубцовой частоты, упругих отжатий и копирования исходных погрешностей зубчатого венца. Указанные недостатки устраняются в конструкции заявляемого устройства. The device provides for the installation of the gear wheel directly in the centers, which, if there is a rigid kinematic connection between the tools, leads during shewing to the transition of the initial radial errors of the gear ring to tangential. In addition, the processing of the left and right wheel tooth profiles is carried out by the corresponding profiles of the teeth of the shaver, therefore, at a constant distance between the tool axes, high demands are made on the degree of identity of their size and accuracy. The inability to change the center distance between the shovers significantly reduces the versatility of the device, since with this design it is possible to shevate a limited number of gear sizes. This device also has low processing productivity due to a single-profile shewing pattern and sequential removal of stock as a result of a series of reciprocating movements of the product. The disadvantage of the prototype is the inability to fine tune the required size of the teeth of the crown. The use of a hydraulic drive in the tangential displacement chain of the machined part of the hydraulic drive reduces the dynamic stiffness of the system as a whole, which causes vibrations of the tooth frequency, elastic depressions and copying of the initial errors of the ring gear. These disadvantages are eliminated in the design of the claimed device.

Для повышения точности и производительности шевингования зубчатых колес средство базирования, выполненное в виде шариковых центрирующих элементов, размещено на двух подвижных каретках устройства. Два диаметрально расположенных шевера установлены на подвижных суппортах, связанных общим приводом перемещения. Общий привод дисковых шеверов выполнен совместно с приводом вращения шпинделя. To increase the accuracy and performance of sheaving gears, the basing means, made in the form of ball centering elements, is placed on two movable carriages of the device. Two diametrically arranged shavers are mounted on movable calipers connected by a common displacement drive. The general drive of the disk shavers is made in conjunction with the spindle rotation drive.

На фиг. 1 показана кинематическая схема устройства. In FIG. 1 shows a kinematic diagram of a device.

На фиг. 2 показан вид на установочный механизм. In FIG. 2 shows a view of the mounting mechanism.

На фиг. 3 показан разрез шпинделя. In FIG. 3 shows a section of a spindle.

Устройство состоит из корпуса 1, в котором размещен шпиндель 2 для установки обрабатываемого зубчатого колеса. В отверстии шпинделя 2 с возможностью осевых перемещений проходит тяга 3, соединенная с приводом, например гидроцилиндром. Головка тяги 3 контактирует с быстросъемной шайбой 4, осуществляющей зажим зубчатого колеса. На продольных направляющих 5 и 6 корпуса 1 с возможностью взаимно противоположных перемещений размещены установочные каретки 7 и 8, в которых расположены шариковые центрирующие элементы 9. Установочные каретки 7 и 8 для осуществления перемещений посредством винтовых пар 10 и 11 с различным направлением резьбы через кинематическую цепь 12 и реечную передачу 13 соединены с приводом 14, например пневмоцилиндром. На продольных направляющих 15 и 16 корпуса 1 с возможностью взаимно противоположных перемещений размещены суппорты 17 и 18. Для передачи движения суппорты 17 и 18 через винтовые пары 19 и 20 с различным направлением резьбы, кинематические цепи 21 и 22 соединены с приводом подач 23, например электродвигателем. На направляющих 24, 25, 26, 27 суппортов 17 и 18 с возможностью настроечных поперечных перемещений размещены инструментальные каретки 28 и 29 с установленными на них дисковыми шеверами 30 и 31. Шеверы 30 и 31 через кинематические цепи 32 и 33 соединены с приводом вращения 34, например электродвигателем. Привод 34 через кинематическую цепь 35 связан с делительной червячной парой 36, осуществляющей согласованное с шеверами 30 и 31 вращение шпинделя 2. В кинематические цепи 21 и 22 включены сменные зубчатые колеса 37 и 38, позволяющие регулировать скорость подачи суппортов 17 и 18. Кинематические цепи 32 и 33 содержат сменные зубчатые колеса 39 и 40, обеспечивающие изменение числа оборотов шеверов 30 и 31. Кинематическая цепь 35 содержит сменные зубчатые колеса 41 для изменения частоты вращения шпинделя 2. Инструментальные каретки 28 и 29 соединены суппортами 17 и 18 при помощи винтовых пар 42 и 43, обеспечивающих наладочные перемещения шеверов 30 и 31. The device consists of a housing 1, in which a spindle 2 is placed for mounting a gear to be machined. In the hole of the spindle 2 with the possibility of axial movements, a rod 3 passes, connected to a drive, for example a hydraulic cylinder. The thrust head 3 is in contact with a quick-release washer 4, which clamps the gear. On the longitudinal guides 5 and 6 of the housing 1 with the possibility of mutually opposite movements, mounting carriages 7 and 8 are located, in which the ball centering elements are located 9. Installation carriages 7 and 8 for moving using screw pairs 10 and 11 with different thread directions through the kinematic chain 12 and rack and pinion gear 13 are connected to a drive 14, for example a pneumatic cylinder. On the longitudinal guides 15 and 16 of the housing 1 with the possibility of mutually opposite movements, calipers 17 and 18 are placed. To transmit the movement of the calipers 17 and 18 through screw pairs 19 and 20 with different thread directions, the kinematic chains 21 and 22 are connected to the feed drive 23, for example, an electric motor . On guides 24, 25, 26, 27 of the calipers 17 and 18 with the possibility of adjusting lateral movements, tool carriages 28 and 29 are installed with disk shavers 30 and 31 installed on them. The shavers 30 and 31 are connected to the rotation drive 34 through kinematic chains 32 and 33, for example an electric motor. The drive 34 through a kinematic chain 35 is connected with a dividing worm pair 36, performing rotation of the spindle 2 coordinated with the shavers 30 and 31. Kinematic chains 21 and 22 include interchangeable gears 37 and 38, which allow you to adjust the feed speed of the calipers 17 and 18. Kinematic chains 32 and 33 contain interchangeable gears 39 and 40, providing a change in the number of revolutions of the shavers 30 and 31. The kinematic chain 35 contains interchangeable gears 41 for changing the speed of the spindle 2. Tool carriages 28 and 29 are connected by calipers 17 and 1 8 with the help of screw pairs 42 and 43, providing adjustment movements of the shavers 30 and 31.

Устройство работает следующим образом. Обрабатываемое зубчатое колесо устанавливается на шпиндель 2, между торцем детали и головкой тяги 3 вставляется быстросъемная шайба 4. При включении привода установочного механизма по направляющим 5 и 6 происходит перемещение установочных кареток 7 и 8 до соприкосновения установленных в них центрирующих элементов 9 с боковыми поверхностями зубьев колеса. Движение установочных кареток 7 и 8 осуществляется винтовыми парами 10 и 11 по кинематической цепи 12 посредством реечной передачи 13, связанной с приводом 14, например пневмоцилиндром. После образования контакта центрирующих элементов 9 с профилями зубьев происходит совмещение оси делительной поверхности венца колеса с осью вращения шпинделя. Возможность установки обрабатываемой детали непосредственно на станке позволяет также компенсировать влияние погрешностей шпиндельного узла на точность шевингования. Для закрепления сцентрированного зубчатого колеса производится включение привода, например гидроцилиндра, перемещающего тягу 3 вниз и воздействующего на быстросъемную шайбу 4. После зажима детали путем реверсирования пневмоцилиндра 14 происходит возврат установочных кареток 7 и 8 в исходное положение. Шевингование зубчатых колес осуществляется включением приводов вращения и подачи инструментов. При этом по направляющим 15 и 16 происходит встречное перемещение суппортов 17 и 18, обеспечиваемое винтовыми парами 19 и 20 по кинематическим цепям 21 и 22 от привода подач 23, например электродвигателя. Движение суппортов 17 и 18 происходит в направлении, перпендикулярном оси шпинделя 2. На направляющих 24, 25, 26, 27 суппортов 17 и 18 на определенных расстояниях от оси шпинделя 2 закреплены инструментальные каретки 28 и 29, несущие дисковые шеверы 30 и 31. Дисковые шеверы 30 и 31 развернуты на необходимый угол скрещивания осей. Вращение шеверов 30 и 31 осуществляется по кинематическим цепям 32 и 33 от привода 34, например электродвигателя. От привода 34 через кинематическую цепь 35 и делительную червячную пару 36 приводится в согласованное с шеверами 30 и 31 вращение шпиндель 2, чем обеспечивается повышение кинематической точности обработки зубчатых колес. При диаметрально противоположном расположении шеверов 30 и 31 в процессе шевингования происходит взаимная компенсация сил резания, при этом существенно уменьшаются деформации станочной системы и увеличивается точность формирования профилей зубьев. Использование двух одновременно работающих шеверов позволяет равномерно распределить между ними общий припуск на обработку, снизить уровень действующих сил резания, повысить производительность операции, увеличить период их стойкости и уменьшить шероховатость поверхностей зубьев. После завершения процесса шевингования возвращение суппортов 17 и 18 в исходное положение производится путем реверсирования приводов 23 и 24. Настройка кинематических цепей подачи 21 и 22, вращения - 32, 33 и 35 осуществляется сменными зубчатыми колесами 37 - 41. Наладочные перемещения инструментальных кареток 28 и 29 на требуемую глубину резания производятся вращением винтовых пар 42 и 43. The device operates as follows. The gear to be machined is mounted on spindle 2, a quick-detachable washer 4 is inserted between the end of the part and the thrust head 3. When the drive of the mounting mechanism is turned along guides 5 and 6, the mounting carriages 7 and 8 move until the centering elements 9 installed in them contact the side surfaces of the gear teeth . The movement of the mounting carriages 7 and 8 is carried out by helical pairs 10 and 11 along the kinematic chain 12 by means of a rack gear 13 connected to the drive 14, for example, a pneumatic cylinder. After the formation of the contact of the centering elements 9 with the tooth profiles, the axis of the pitch surface of the wheel rim coincides with the axis of rotation of the spindle. The ability to install the workpiece directly on the machine also allows you to compensate for the influence of spindle unit errors on sheving accuracy. To fix the centered gear, a drive is activated, for example, a hydraulic cylinder that moves the rod 3 down and acts on the quick-release washer 4. After clamping the part by reversing the pneumatic cylinder 14, the mounting carriages 7 and 8 return to their original position. Shaving gears is carried out by turning on the rotation drives and tool feed. In this case, along the guides 15 and 16, the calipers 17 and 18 are counter-moved, provided by screw pairs 19 and 20 along the kinematic chains 21 and 22 from the feed drive 23, for example, an electric motor. The movement of the calipers 17 and 18 occurs in a direction perpendicular to the axis of the spindle 2. On the guides 24, 25, 26, 27 of the calipers 17 and 18 at certain distances from the axis of the spindle 2 are fixed tool carriages 28 and 29, carrying disk shavers 30 and 31. Disk shavers 30 and 31 are deployed to the required angle of intersection of the axes. The rotation of the shavers 30 and 31 is carried out along the kinematic chains 32 and 33 from the drive 34, for example an electric motor. From the drive 34 through the kinematic chain 35 and the dividing worm pair 36, the spindle 2 is rotated in accordance with the shavers 30 and 31, thereby increasing the kinematic accuracy of the gear wheels. With the diametrically opposite arrangement of the shavers 30 and 31 during the shewing process, mutual compensation of the cutting forces occurs, while deformations of the machine system are significantly reduced and the accuracy of the formation of tooth profiles is increased. The use of two simultaneously working shavers allows you to evenly distribute the total machining allowance between them, reduce the level of effective cutting forces, increase the productivity of the operation, increase the period of their durability and reduce the roughness of the tooth surfaces. After the shewing process is completed, the calipers 17 and 18 are returned to their initial position by reversing the drives 23 and 24. The kinematic chains of the feed 21 and 22, the rotation 32, 33 and 35 are adjusted by interchangeable gears 37 - 41. The adjustment movements of the tool carriages 28 and 29 to the required cutting depth are produced by rotating the screw pairs 42 and 43.

Заявляемое устройство для бесцентрового шевингования зубчатых колес позволяет с высокой точностью и производительностью проводить чистовую обработку, что достигается за счет повышения точности установки деталей и совершенствования кинематики процесса шевингования. Данное устройство может быть использовано также на операциях зубохонингования. The inventive device for centerless shewing of gears allows high precision and performance to finish processing, which is achieved by increasing the accuracy of installation of parts and improving the kinematics of the shewing process. This device can also be used in gear honing operations.

Claims

A device for sheaving gears, comprising means for basing the gears on the pitch surface of the rim relative to the spindle and disk shavers having a common drive and placed diametrically opposite on the calipers, characterized in that it is equipped with two movable carriages on which the basing means is made, made in in the form of ball centering elements, while the general drive for rotating the disk shavers is made together with the spindle, and the calipers for placing the shavers are installed The ability to move and linked by a common drive.