Способы достижения идентичности профилей червяка и червячной фрезы

В настоящее время при изготовления червячных пар идентичность осевых профилей витков червяка передачи и производящего червяка фрезы достигается несколькими способами.

Первый способ наиболее распространен и заключается в том, что оба указанных профиля подгоняются с максимально возможной точностью к некоторому выбранному исходному контуру (обычно прямолинейному) за счет соответствующей правки трех шлифовальных кругов: для обработки червяка, за- тылования фрезы и заточки ее передней поверхности. На практике эта подгонка приводит к многократным пробам при заправке шлифовальных кругов и требует высокой квалификации шлифовщиков.

Работы многих ученых, в том числе С.И. Лашнева, А. В. Цепкова, В.С. Овсянникова нацелены на получение профилей шлифовальных кругов для всех трех операций расчетным путем. Так как расчеты профилей кругов сводятся к решению систем трансцендентных уравнений, то для получения результатов с помощью ЭВМ были разработаны соответствующие программы. При таком решении задачи пропадает необходимость в многократных пробах при заправке кругов, поскольку профили кругов рассчитываются заранее. Однако из-за некоторых обстоятельств расчет по программам не нашел широкого распространения в промышленности.

В середине 70-х г.г. первые расчетные программы были разработаны применительно к большим ЭВМ типа ЕС-1022. Недостаточное оснащение ма- шино- и станкостроительных заводов большими ЭВМ, большая трудоемкость программирования и различие программ, написанных для ЭВМ разных марок, стали причинами того, что при мелкосерийном производстве червячных пар и фрез для червячных колес было невыгодно производить большие предварительные расчеты. Кроме того, программы были построены так, что в результате расчета получали координаты точек профиля шлифовального круга. Практическое воспроизведение расчетного профиля связано с изготовлением копира для правки шлифовального круга и пары шаблон - контршаблон для контроля этого копира при его изготовлении. При изготовлении шаблонов и копиров точки расчетного профиля объединяют некоторой аппроксимирующей кривой. Суммарное влияние собственной методической погрешности аппроксимации и погрешностей изготовления копиров оказалось соизмеримым с допустимой погрешностью профилирования поверхностей червяка и фрезы.

Универсальные устройства для правки шлифовальных кругов червячношлифовальных и заточных станков, наиболее распространенные до настоящего времени, не позволяют получать ни точный профиль по точкам, ни аппроксимированный. На таких копирных устройствах можно получать кривую, либо проходящую через две-три расчетные точки профиля, либо имеющую общий с расчетной кривой радиус кривизны в одной точке. На затыловочных же станках воспроизведение расчетного профиля круга еще сложнее, поскольку для этих станков уровень конструктивной проработки правящих устройств существенно отстает от двух первых.

Второй способ обеспечения идентичности активных поверхностей червяка и производящей поверхности фрезы разработан в ЭНИМСе Е.К. Филипповым, Ю.К. Ребане и Ш.И. Пичхадзе. Заключается он в том, что за исходный контур принимают осевой профиль производящей поверхности фрезы, затыло- ванной и заточенной коническими кругами. При этом способе существенно упрощается технология изготовления червячной фрезы, и «центр тяжести» решения задачи обеспечения идентичности переносится на менее сложную операцию - обработку витков червяка.

Осевой профиль производящей поверхности фрезы рассчитывают путем совместного решения двух систем трансцендентных уравнений, описывающих переднюю и затылованную поверхности зубьев, и дальнейшим винтовым проецированием найденных координат точек режущих кромок на осевую плоскость фрезы. Принимая координаты этой проекции режущей кромки за координаты осевого сечения червяка, определяют профиль шлифовального круга, формирующего червяк с таким же осевым профилем, путем решения третьей системы трансцендентных уравнений.

Преимуществом такого способа обеспечения идентичности является относительная простота изготовления фрезы, ее заточки и затылования зубьев. Недостатки этого способа следующие:

• 1) вследствие нелинейчатости образующих винтовой передней поверхности и затылованных задних поверхностей зубьев фрезы исходный контур производящей поверхности превращается в некую абстракцию, не воспроизводимую ни одним из контрольно-измерительных приборов, предназначенных для измерения отклонений профиля витка червяка и зубьев фрез.
• 2) при затыловании коническим дисковым кругом профили зубьев фрезы неизбежно получаются выпуклыми, причем для правой и левой стороны витка величина выпуклости различна и это различие тем больше, чем больше угол подъема витка. Поэтому рабочий червяк требуется изготавливать также с разными величинами выпуклости профилей обеих сторон витка. При этом для формирования обеих боковых поверхностей витков червяка, во-первых, необходимо изготовление двух разных копиров к механизму правки шлифовального круга, а во-вторых, на червячно-шлифовальном станке, где правка обеих сторон круга производится от одного копира (например, станки фирмы "К1ш§е1пЬего", ФРГ), шлифование двух сторон витка червяка следует производить порознь.

Это ведет к тому, что трудоемкость чистовой обработки червяков возрастает практически вдвое.

3. После нескольких переточек червячной фрезы из-за изменения максимума стрелки прогиба профиля боковых поверхностей ее зубьев необходимо проведение нового расчета и изготовление новых копиров для круга, шлифующего червяк.

Перечисленные недостатки ограничивают возможность применения этого способа на практике. Однако несомненный положительный научный результат этой разработки - математическое обоснование возможности использовать в качестве исходного контура профиль, включающий органическую погрешность шлифования, т.е. погрешность, свойственную данному способу профилирования шлифовального круга, - был использован в последующих научных и практических разработках других ученых и инженеров.

Наиболее технологичный способ обеспечения идентичности боковых поверхностей производящего червяка фрезы и рабочего червяка передачи основывается, прежде всего, на управлении процессами шлифования витков червяка, заточки и затылования зубьев фрезы. Под управлением в данном случае понимается разработка таких наладок трех используемых станков, при которых минимизируется отклонение друг от друга расчетных профилей, учитывающих органические погрешности, связанные с применяемыми методами правки шлифовальных кругов.

Главным условием для сопряжения зубьев червячного колеса с витками червяка является равенство делительных углов профиля в осевом сечении активных поверхностей рабочего и производящего червяков. Это означает, что касательные к этим осевым профилям в точках, лежащих на делительном цилиндре фрезы и червяка, должны совпадать. В остальных же точках отклонение этих профилей друг от друга не должно превышать допуска //„.

Для достоверного контроля расхождения форм профилей витков производящего и рабочего червяков необходимо их свести к соответствующему расхождению боковой поверхности зубьев фрезы и витка рабочего червяка. При этом образующую передней поверхности при заточке зубьев фрезы требуется максимально приблизить к радиальной прямой, проходящей через ось фрезы.

Тогда достижение необходимой степени точности по параметру /у обеспечивается оптимизацией наладок станков на операциях затылования зубьев фрезы и шлифования витков червяка. При этом профилирование шлифовальных кругов должно выполняться технологичными методами с помощью универсальных правящих устройств - по прямой или по дуге окружности (или близкой к ней кривой).

Оптимизация наладок затыловочного и червячно-шлифо-вального станков состоит в том, чтобы образующиеся в результате технологичного профилирования кругов отклонения профилей шлифуемых поверхностей от прямолинейного контура совпадали по форме и минимально различались по значениям. Таким образом, задача решается не путем устранения органических погрешностей профилирования боковых поверхностей зубьев фрезы и витков червяка, а путем их максимального сближения между собой.