RU2212987C1

RU2212987C1 - Method for grinding and honing gear wheels

Info

Publication number: RU2212987C1
Application number: RU2002106515/02A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Степанов; Б.И. Афанасьев; ков А.И. Пол; А.И. Поляков; Д.С. Фомин; В.В. Бородин; Д.Л. Кобзев
Original assignee: Орловский государственный технический университет
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2003-09-27

Abstract

FIELD: technological processes in machine engineering, finishing gear wheels. SUBSTANCE: method comprises steps of rotating worked gear wheel closely engaged with toothed grinding and honing tool having working toothed rim with thinned teeth coated with abrasive layer whose thickness is in range 1.5 - 2 mm. Tool is mounted on tool spindle and it performs oscillation motions causing reciprocation movements in zone of contact of working toothed rim with worked gear wheel. In order to enlarge manufacturing possibilities, toothed grinding and honing tool is mounted with possibility of separate rotation in journal of tool spindle. Axis of said journal is inclined by acute angle relative to axis of tool spindle. It is possible to control frequency of reciprocation movements of toothed rim of grinding and honing tool by changing revolution number of tool spindle. EFFECT: enlarged manufacturing possibilities of method. 2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к способам чистовой обработки зубчатых колес. The invention relates to mechanical engineering technology, in particular to methods for finishing gears.

Известен способ зубохонингования, включающий вращение и возвратно-поступательные продольные движения обрабатываемого зубчатого колеса, находящегося в плотном зацеплении с зубчатым хоном (тип 3), который состоит из стального зубчатого колеса с утоненными зубьями и нанесенным на них абразивным слоем толщиной в 1,5...2 мм [1]. A known method of gear honing, including the rotation and reciprocating longitudinal movement of the gear being machined in tight engagement with the gear hon (type 3), which consists of a steel gear with thinned teeth and an abrasive layer deposited on them with a thickness of 1.5 .. .2 mm [1].

Недостатками способа является наличие специального оборудования и необходимость продольного движения заготовки, а также осциллирующего движения вдоль оси хона. The disadvantages of the method are the availability of special equipment and the need for longitudinal movement of the workpiece, as well as oscillating motion along the axis of the hone.

В качестве прототипа выбран способ зубохонингования, включающий вращение обрабатываемого зубчатого колеса, находящегося в плотном зацеплении с зубчатым хоном, который имеет рабочий зубчатый венец с утоненными зубьями с нанесенным на них абразивным слоем, причем зубчатый венец расположен с аксиальным смещением относительно оси вращения хона, при этом толщина упомянутого абразивного слоя выбрана в диапазоне 1,5...2 мм [2]. As a prototype, a gear honing method was selected, comprising rotating a gear to be machined in tight engagement with a gear hon, which has a working gear with thinned teeth coated with an abrasive layer, and the gear is located with an axial displacement relative to the axis of rotation of the hone, the thickness of the mentioned abrasive layer is selected in the range of 1.5 ... 2 mm [2].

Недостатками известного способа зубохонингования являются низкая производительность по причине малых осевых размеров, поэтому для увеличения производительности необходимо вводить продольное движение заготовки, которое к тому же способствует получению поверхности идентичной зубошевингованию, т.е. с продольным направлением рисок микронеровностей, а это требует, в свою очередь, специального оборудования. The disadvantages of the known method of gear honing are low productivity due to the small axial dimensions, therefore, to increase productivity, it is necessary to introduce a longitudinal movement of the workpiece, which also helps to obtain a surface identical to gear shaving, i.e. with a longitudinal direction of the risk of microroughness, and this, in turn, requires special equipment.

Заявляемое изобретение решает задачу расширения технологических возможностей зубохонингования за счет аксиального смещения зубчатого шлифхона, благодаря которому осуществляется продольное возвратно-поступательное движение абразивной рабочей поверхности вдоль обрабатываемого зуба, интенсифицирующее обработку, а также отказ от применения специального дорогостоящего оборудования. The claimed invention solves the problem of expanding the technological capabilities of gear honing due to the axial displacement of the gear grinding, due to which the longitudinal reciprocating movement of the abrasive working surface along the tooth being processed, intensifying processing, as well as the refusal to use special expensive equipment.

Это достигается с помощью предлагаемого способа зубошлифохонингования, включающего вращение обрабатываемого зубчатого колеса в плотном зацеплении с зубчатым шлифхоном, имеющим рабочий зубчатый венец с утоненными зубьями, на которые нанесен абразивный слой толщиной 1,5...2 мм, установленным на инструментальном шпинделе и совершающим колебательные движения, приводящие к возвратно-поступательным движениям в месте контакта рабочего зубчатого венца с обрабатываемы n зубчатым колесом, причем зубчатый шлифхон с возможностью независимого вращения закрепляют на шейке инструментального шпинделя, ось которого расположена под острым углом к оси инструментального шпинделя. This is achieved using the proposed method of gear grinding, including the rotation of the gear being machined in tight engagement with the gear grinding, having a working gear ring with thinned teeth, which are coated with an abrasive layer with a thickness of 1.5 ... 2 mm, mounted on a tool spindle and oscillating movements leading to reciprocating movements at the point of contact of the working gear with the n gear being machined, the gear grinding with the possibility of independent scheniya fixed on the neck of the tool spindle, whose axis is at an acute angle to the tool spindle axis.

Кроме того, частоту возвратно-поступательных движений зубчатого венца шлифхона регулируют частотой вращения инструментального шпинделя. In addition, the frequency of the reciprocating movements of the gear rim of the grinding wheel is regulated by the frequency of rotation of the tool spindle.

Сущность изобретения поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 показана конструкция устройства для реализации способа зубошлифохонингования; на фиг.2 - второй вариант конструкции устройства для реализации предлагаемого способа зубошлифохонингования; на фиг.3 - вид по А на фиг. 1, крепление зубчатого венца к средней части диска; на фиг.4 - вид по Б на фиг.2, вариант крепления зубчатого венца к средней части диска; на фиг.5 и 6 - схемы предлагаемого способа зубошлифохонингования при положении зубчатого венца инструмента в крайнем, соответственно правом и левом положениях относительно обрабатываемого зубчатого колеса; фиг.7 - схема способа зубошлифохонингования. Figure 1 shows the design of a device for implementing the method of gear grinding; figure 2 is a second embodiment of a device for implementing the proposed method of gear grinding; FIG. 3 is a view along A in FIG. 1, attaching the ring gear to the middle of the disk; figure 4 is a view according to B in figure 2, an option for attaching the ring gear to the middle part of the disk; 5 and 6 are diagrams of the proposed method of gear grinding with the position of the gear ring of the tool in the extreme, respectively, right and left positions relative to the gear being machined; 7 is a diagram of a method of gear grinding.

Устройство для реализации способа зубошлифохонингования выполнено в виде составного сборного диска 1 с рабочим зубчатым венцом 2 с утоненными зубьями и нанесенным на них абразивным слоем 3. Рабочий зубчатый венец выполнен отдельно из упругой пружинной ленты 4 и впадинами присоединен к пружинистым упругим спицам 5 средней упругой части 6, выполненной с вырезами 7 на периферии. A device for implementing the method of gear grinding is made in the form of a composite prefabricated disk 1 with a working gear rim 2 with thinned teeth and an abrasive layer applied to them 3. The working gear rim is made separately from an elastic spring band 4 and with troughs attached to the springy elastic spokes 5 of the middle elastic part 6 made with cutouts 7 on the periphery.

Спицы 5 могут быть прямой формы (фиг.1), а также изогнутыми (фиг.2), последние отличаются меньшей жесткостью и более податливы. Knitting needles 5 can be of direct shape (figure 1), as well as curved (figure 2), the latter are less rigid and more pliable.

Средняя часть 6 жестко закреплена на ступице 8 диска 1. The middle part 6 is rigidly fixed to the hub 8 of the disk 1.

Отличительной особенностью устройства является то, что диск установлен на принудительно вращающемся шпинделе 9 с возможностью независимого вращения на подшипниках качения 10 под острым углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения шпинделя 9, с помощью втулки 11, у которой оси отверстия 12 и наружной поверхности 13 выполнены под острым углом α, который определяют по формуле
α>arctg[(B_д-B_и+6)/D_и],
где В_д и В_и - ширина соответственно обрабатываемой детали и инструмента, а D_и - наружный диаметр инструмента.A distinctive feature of the device is that the disk is mounted on a forcibly rotating spindle 9 with the possibility of independent rotation on the rolling bearings 10 at an acute angle α to a plane perpendicular to the axis of rotation of the spindle 9, using a sleeve 11, in which the axis of the hole 12 and the outer surface 13 are made at an acute angle α, which is determined by the formula
α> arctan [(B _d -B _and +6) / D _and ],
where V _d and B _and - the width of the workpiece and tool, respectively, and D _and - the outer diameter of the tool.

Устройство для реализации способа зубошлифохонингования применяют для чистовой отделки зубьев закаленных цилиндрических колес 14 внешнего и внутреннего зацепления. A device for implementing the method of gear grinding is used for finishing the teeth of hardened cylindrical wheels 14 of external and internal gearing.

Предлагаемый способ зубошлифохонингования включает вращение обрабатываемого зубчатого колеса 14, находящегося в плотном зацеплении с зубчатым шлифхоном 1, который имеет рабочий зубчатый венец 2 с утоненными зубьями с нанесенным на них абразивным слоем 3 толщиной 1,5...2 мм. Зона резания в месте контакта зубчатого венца 2 с обрабатываемой деталью 14 совершает возвратно-поступательные движения вдоль оси. При этом зубчатый шлифхон 1 совершает колебательные движения, за счет того он с возможностью независимого вращения закреплен на шейке вращающегося шпинделя 9, при этом ось шейки 13 с помощью втулки 11 развернута под острым углом α к оси 12 шпинделя 9. The proposed method of gear grinding includes the rotation of the gear being machined 14, which is in tight engagement with the gear grinding 1, which has a working gear 2 with thinned teeth coated with an abrasive layer 3 with a thickness of 1.5 ... 2 mm. The cutting zone at the point of contact of the ring gear 2 with the workpiece 14 performs a reciprocating motion along the axis. In this case, the gear grinding 1 performs oscillatory movements, due to which it is independently rotatably mounted on the neck of the rotating spindle 9, while the axis of the neck 13 with the help of the sleeve 11 is rotated at an acute angle α to the axis 12 of the spindle 9.

Частота возвратно-поступательных движений зубчатого венца 2 шлифхона 1 регулируется частотой вращения инструментального шпинделя 9. The frequency of the reciprocating movements of the ring gear 2 of the grinding 1 is regulated by the speed of rotation of the tool spindle 9.

Шлифохонингование зубьев осуществляют на обычных станках, позволяющих принудительно вращать обрабатываемое зубчатое колесо 14 и инструмент 1. Обработку можно вести на токарном станке со специальной головкой с принудительно вращающимся инструментальным шпинделем 9. The grinding of the teeth is carried out on conventional machines, allowing forcible rotation of the gear being machined 14 and tool 1. Processing can be carried out on a lathe with a special head with a forcibly rotating tool spindle 9.

Закаленное обрабатываемое колесо 14 принудительно вращают со скоростью V_д в плотном зацеплении с абразивным зубчатым шлифхоном 1, который подвижно закреплен на подшипниках 10 на шейке с втулкой 11 с угловым смещением α принудительно вращающегося шпинделя 9 со скоростью V_и.The hardened machined wheel 14 is forcibly rotated at a speed of V _d in tight engagement with an abrasive gear grinding 1, which is movably mounted on bearings 10 on a neck with a sleeve 11 with an angular displacement α of a forcibly rotating spindle 9 at a speed of V _and .

Благодаря этому зубчатый венец 2 и сам шлифхон 1 вращается со скоростью обрабатываемого колеса V_д и подвержен продольным возвратно-поступательным движениям - вибрациям с частотой, равной частоте вращения шпинделя 9, определяемой скоростью V_и.Due to this, the gear ring 2 and the grinding wheel 1 itself rotates with the speed of the machined wheel V _d and is subject to longitudinal reciprocating movements - vibrations with a frequency equal to the speed of the spindle 9, determined by the speed V _and .

Таким образом происходит шлифохонингование, и риски от обрабатывающих зерен направлены вдоль зуба обрабатываемого зубчатого колеса. Thus, grinding is performed, and the risks from the processing grains are directed along the tooth of the gear being machined.

Поджим обрабатываемого зубчатого колеса 14 к шлифхону 1 осуществляется пружиной (не показана) с силой, например, 150...450 Н. Благодаря этому поджиму боковые абразивные режущие поверхности зуба зубчатого венца 2 при контакте с обрабатывающим зубчатым колесом 14 устанавливаются параллельно боковым поверхностям зуба обрабатываемого зубчатого колеса. Эта самоустановка зуба шлифхона 1 по зубу обрабатываемого зубчатого колеса 14 происходит благодаря прогибу упругой спицы 5, к которой прикреплен данный зуб шлифхона, а также благодаря упругим свойствам зубчатого венца, который выполнен из упругой пружинной ленты 4. The clamping of the gear 14 being machined to the grinding wheel 1 is carried out by a spring (not shown) with a force of, for example, 150 ... 450 N. Due to this clamping, the lateral abrasive cutting surfaces of the gear tooth 2 are in contact with the machining gear 14 parallel to the side surfaces of the tooth being machined gear wheels. This self-installation of the tooth of the grinding wheel 1 along the tooth of the gear being machined 14 occurs due to the deflection of the elastic spoke 5 to which this tooth of the grinding wheel is attached, as well as due to the elastic properties of the ring gear, which is made of an elastic spring band 4.

Кроме того, при больших углах наклона α шлифхона 1 упругие спицы 5 и упругая лента 4 зубчатого венца оказывают большее давление на обрабатываемый зуб со стороны торцов, делая его бочкообразным. Зубчатые колеса с бочкообразными зубьями, как известно, находят широкое применение в промышленности. In addition, at large angles of inclination α of the grinding 1, the elastic spokes 5 and the elastic band 4 of the ring gear exert more pressure on the tooth being machined from the ends, making it barrel-shaped. Gears with barrel-shaped teeth, as you know, are widely used in industry.

Изменение направления вращения инструмента (как это делается при традиционном зубохонинговании) положительно влияет на качество обработки, поэтому при зубошлифохонинговании реверс инструмента используют 4...6 раз за все время обработки обрабатываемого зубчатого колеса. Changing the direction of rotation of the tool (as is done with traditional gear honing) has a positive effect on the quality of processing, therefore, during gear grinding, reverse the tool is used 4 ... 6 times for the entire processing time of the gear being machined.

Предлагаемый способ зубошлифохонингования позволяет уменьшить параметр шероховатости поверхности в 2...2,5 раза (до Ra=0,32...0,16 мкм), удалить забоины и заусенцы размером до 0,25 мм, снизить уровень звукового давления на 2...4 дБ и повысить долговечность зубчатой передачи. The proposed method of gear grinding allows to reduce the surface roughness parameter by 2 ... 2.5 times (to Ra = 0.32 ... 0.16 μm), remove nicks and burrs up to 0.25 mm in size, and reduce the sound pressure level by 2 ... 4 dB and increase gear life.

В процессе зубошлифохонингования погрешности в элементах зацепления устраняются незначительно при съеме металла порядка 0,01...0,03 мм на сторону зуба. Частота вращения зубчатого колеса, а следовательно шлифхона, - 180. . . 200 мин^-1, частота вращения инструментального шпинделя, а следовательно частота осцилляции - 180...210 мин^-1.In the process of gear grinding, errors in the engagement elements are eliminated slightly when the metal is removed on the order of 0.01 ... 0.03 mm on the tooth side. The frequency of rotation of the gear wheel, and hence the grinding wheel, is 180.. . 200 min ^-1 , the frequency of rotation of the tool spindle, and therefore the oscillation frequency is 180 ... 210 min ^-1 .

Время шлифохонингования зубчатого колеса коробки передач автомобиля 30.. .60 с. Срок службы монокорундовых шлифхонов при обработке этих колес - 1500. .. 3000 деталей. The time of grinding the gears of a gearbox of a car is 30 .. .60 s. The service life of monocorundum grindstone in the processing of these wheels is 1,500 ... 3,000 parts.

Предлагаемое способ и устройство для его реализации можно отнести к шлифохонингованию [3]. The proposed method and device for its implementation can be attributed to grinding honing [3].

Особенностью шлифохонингования является прерывистый контур траектории вследствие чередования находящихся в контакте с заготовкой зерен. Благодаря продольной осцилляции и локальной зоне контакта, а также смене режущих зерен круга улучшается тепловой баланс инструмента, повышается его стойкость и уменьшается засаливаемость. Свободный подвод смазочно-охлаждающей жидкости в зону обработки также повышает производительность зубошлифохонингования. A feature of grinding honing is an intermittent path contour due to the alternation of grains in contact with the workpiece. Due to the longitudinal oscillations and the local contact zone, as well as the change of the cutting grains of the circle, the thermal balance of the tool improves, its resistance increases, and salinity decreases. The free supply of cutting fluid to the treatment area also improves gear grinding performance.

Рекомендуется обрабатывать зубчатые колеса с числом зубьев, не кратным числу зубьев зубчатого хона. It is recommended to process gears with the number of teeth that is not a multiple of the number of teeth of the gear hone.

Заявляемое техническое решение позволяет:
- интенсифицировать обработку за счет наложения осциллирущих продольных колебаний;
- снизит теплонапряженность процесса зубошлифохонингования за счет переменной зоны резания смещения температурного поля;
- упростить конструкцию оборудования для зубошлифохонингования за счет применения нового способа и устройства, позволяющего возбуждать продольные колебания.The claimed technical solution allows:
- to intensify the processing due to the imposition of oscillating longitudinal vibrations;
- reduce the heat stress of the process of gear grinding due to the variable cutting zone of the displacement of the temperature field;
- to simplify the design of equipment for gear grinding through the use of a new method and device that allows to excite longitudinal vibrations.

Источники информации
1. Производство зубчатых колес. /Под ред. Б.А. Тайца. - М.: Машиностроение, 1975, с.223-226.Sources of information
1. The production of gears. / Ed. B.A. Thai. - M.: Mechanical Engineering, 1975, p.223-226.

2. Патент РФ 2118238, МКИ B 23 F 21/03, 21/28. Зубчатый хон. /Степанов Ю. С. , Афанасьев Б. И. и др. Заявка 96116380/02, завл. 07.08.96, опуб. 27.08.98, БИ 24 - прототип. 2. RF patent 2118238, MKI B 23 F 21/03, 21/28. Gear Hon. / Stepanov Yu.S., Afanasyev B.I. et al. Application 96116380/02, dom. 08/07/96, publ. 08/27/98, BI 24 - prototype.

3. Ермаков Ю.М., Степанов Ю.С. Современные тенденции развития абразивной обработки (Машинтр. пр-во. Сер. технология и оборуд. обработки металлов резанием: Обзор. информ. /ВНИИТЭМР, вып.3) - М., 1991, с.24-26. 3. Ermakov Yu.M., Stepanov Yu.S. Modern trends in the development of abrasive processing (Mashintr. Pr-in. Ser. Technology and equipment for metal cutting: Review. Inform. / VNIITEMR, issue 3) - M., 1991, pp. 24-26.

Claims

1. The method of gear grinding, including the rotation of the gear being machined in tight engagement with a gear grinding, having a working gear ring with thinned teeth, which are coated with an abrasive layer with a thickness of 1.5-2 mm, mounted on the tool spindle and making oscillating movements, leading to the return - translational movements at the contact point of the working gear with the gear being machined, characterized in that the gear grinding wheel with the possibility of independent rotation is fixed on the neck and tool spindle, the axis of which is located at an acute angle to the axis of the tool spindle.

2. The method according to p. 1, characterized in that the frequency of the reciprocating movements of the gear rim of the grinding wheel is controlled by the frequency of rotation of the tool spindle.