RU2844052C1

RU2844052C1 - Method of hyperboloidal gear wheels making

Info

Publication number: RU2844052C1
Application number: RU2024133706A
Authority: RU
Inventors: Владимир Алексеевич Витренко; Александр Александрович Ефимов; Александра Дмитриевна Михайлова; Александр Анатольевич Стоянов
Filing date: 2024-11-11
Publication date: 2025-07-24

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to mechanical engineering and may be used for cutting and finishing hyperboloidal gear teeth. Proposed method of hyperboloidal gear wheels making consists in crossing axes of workpiece and tool and revolving them about them at angular velocities inversely proportional to the number of their teeth. Machining is performed by disk tool with straight tooth profile that moves along straight generatrix of hyperboloidal workpiece describing helical line in its relative motion.

EFFECT: new profile of cut tooth and possibility to process thermally treated teeth.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано в машиностроении и других отраслях промышленности для изготовления и чистовой обработки зубьев зубчатых колес и инструмента.The invention relates to metalworking and can be used in mechanical engineering and other industries for the production and finishing of gear teeth and tools.

Известен способ изготовления зубьев гиперболоидных зубчатых колес методом копирования с периодическим делением, при котором обрабатываемому колесу сообщают вращательные движения вокруг своей оси и оси воображаемого производящего колеса, ось которого перекрещивается с осью обрабатываемого, в условиях изменения межосевого расстояния от величины, равной диаметру начальной окружности обрабатываемого колеса в горловом сечении, до величины, равной сумме радиусов начальных окружностей в торцовом и горловом его сечениях, ось фрезы устанавливают параллельно образующей начального гиперболоида колеса в его горловом сечении, сообщают фрезе вращательное движение вокруг своей оси, при этом процесс деления осуществляют на заданный угол, а обработку зубьев колес выполняют стандартной модульной дисковой или пальцевой фрезой (см. патент RU 2007105650, МПК B23F 1/06, бюл. №22, 2008).A method is known for producing teeth of hyperboloid gear wheels by a copying method with periodic division, in which the wheel being machined is imparted with rotational motions around its axis and the axis of an imaginary generating wheel, the axis of which intersects with the axis of the wheel being machined, under conditions of changing the interaxial distance from a value equal to the diameter of the initial circle of the wheel being machined in the neck section to a value equal to the sum of the radii of the initial circles in its end and neck sections, the axis of the cutter is set parallel to the generatrix of the initial hyperboloid of the wheel in its neck section, the cutter is imparted with rotational motion around its axis, while the division process is carried out at a given angle, and the processing of the wheel teeth is performed with a standard modular disk or finger cutter (see patent RU 2007105650, IPC B23F 1/06, Bulletin No. 22, 2008).

Недостатком известного способа является создание сложного станочного приспособления, низкая производительность и точность изготовления зубьев, а также невозможность обрабатывать зубья термообработанных зубчатых колес.The disadvantage of the known method is the creation of a complex machine tool, low productivity and accuracy of tooth production, as well as the impossibility of processing the teeth of heat-treated gear wheels.

Наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому техническому решению является способ нарезания зубчатых колес для гиперболоидной передачи при скрещивающихся осях заготовки и инструмента, угловые скорости которых обратно пропорциональны количеству их зубьев в качестве главного движения резания используется относительное скольжение режущих граней инструмента по поверхности формируемых зубьев, нарезание зубьев осуществляется прямозубым долбяком на заготовке, выполненной в виде однополостного гиперболоида (см. а.с. СССР № 536902, МПК B23F 9/04, бюл. № 44, 1976).The closest analogue (prototype) to the proposed technical solution is a method for cutting gear wheels for a hyperboloid transmission with intersecting axes of the workpiece and tool, the angular velocities of which are inversely proportional to the number of their teeth; the relative sliding of the cutting edges of the tool along the surface of the formed teeth is used as the main cutting movement; the teeth are cut with a straight-tooth cutter on a workpiece made in the form of a single-sheet hyperboloid (see USSR Patent Application No. 536902, IPC B23F 9/04, Bulletin No. 44, 1976).

Недостатком известного способа нарезания гиперболоидных зубчатых колес является получение профиля зуба, не способного иметь линейный характер касания при любом передаточном отношении, а также невозможность обработки зубьев термообработанных зубчатых колес.The disadvantage of the known method of cutting hyperboloid gears is the production of a tooth profile that is not capable of having a linear contact pattern at any gear ratio, as well as the impossibility of processing the teeth of heat-treated gears.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа изготовления гиперболоидных зубчатых колес путем разработки новой схемы их изготовления при помощи дискового инструмента. Это позволит обрабатывать термообработанные зубья, получить новый профиль зуба, имеющий линейный контакт при любом передаточном отношении.The invention is based on the task of improving the method of manufacturing hyperboloid gear wheels by developing a new scheme for their manufacture using a disk tool. This will allow processing heat-treated teeth, obtaining a new tooth profile that has linear contact at any gear ratio.

Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления гиперболоидных зубчатых колес, заключающемся в том, что оси заготовки и инструмента скрещивают, угловые скорости обратно пропорциональны количеству их зубьев, согласно изобретению, изготовление зубьев осуществляют дисковым инструментом с прямолинейным профилем зуба, ось которого перемещают вдоль прямолинейной образующей заготовки однополостного гиперболоида по винтовой линии, описывая в своем относительном движении зубчатую рейку или зубчатое колесо бесконечно большого диаметра. The stated task is achieved by the fact that in the method of manufacturing hyperboloid gear wheels, which consists in the fact that the axes of the workpiece and the tool are crossed, the angular velocities are inversely proportional to the number of their teeth, according to the invention, the manufacture of teeth is carried out by a disk tool with a rectilinear tooth profile, the axis of which is moved along the rectilinear generatrix of the workpiece of a single-sheet hyperboloid along a helical line, describing in its relative motion a toothed rack or a toothed wheel of infinitely large diameter.

В заявляемом способе изготовления гиперболоидных зубчатых колес в качестве дискового инструмента выбирают дисковую модульную фрезу или шлифовальный круг, имеющие прямолинейную режущую кромку. Передний угол дисковой фрезы выбирают по правилам теории резания в зависимости от материала фрезы и материала нарезаемого зубчатого колеса. Дисковый шлифовальный круг заправляют по прямолинейной образующей. Марку круга выбирают в зависимости от материала обрабатываемой заготовки и вида обработки (черновая, чистовая).In the claimed method for manufacturing hyperboloid gears, a disk modular cutter or grinding wheel with a rectilinear cutting edge is selected as a disk tool. The front angle of the disk cutter is selected according to the rules of cutting theory depending on the material of the cutter and the material of the cut gear. The disk grinding wheel is dressed along a rectilinear generatrix. The brand of the wheel is selected depending on the material of the workpiece being processed and the type of processing (rough, finishing).

Дисковый инструмент должен вращаться вокруг своей оси с максимальным числом оборотов. Частота этого вращения при обработке дисковой фрезой ограничивается допустимой скоростью резания, а при обработке шлифовальным кругом - максимально допустимым числом оборотов для шлифовального круга выбранной марки.The disk tool must rotate around its axis with the maximum number of revolutions. The frequency of this rotation when processing with a disk cutter is limited by the permissible cutting speed, and when processing with a grinding wheel - by the maximum permissible number of revolutions for the grinding wheel of the selected brand.

Вращение дискового инструмента вокруг своей оси не зависит от всех других движений. Вращение изготавливаемой заготовки и подача дискового инструмента вдоль ее прямолинейной образующей строго согласованы. Величина подачи дискового инструмента (фреза, шлифовальный круг) вдоль прямолинейной образующей изготавливаемой гиперболоидной заготовки равна S = m × π мм/об заготовки, т.е. равна ее шагу (шагу зубчатой рейки, которую описывает дисковый инструмент).Rotation of the disk tool around its axis is independent of all other movements. Rotation of the workpiece being manufactured and feed of the disk tool along its rectilinear generatrix are strictly coordinated. The feed value of the disk tool (milling cutter, grinding wheel) along the rectilinear generatrix of the hyperboloid workpiece being manufactured is equal to S = m × π mm/rev of the workpiece, i.e. equal to its pitch (the pitch of the toothed rack described by the disk tool).

Сущность изобретения поясняется иллюстративным материалом, где изображена схема изготовления гиперболоидных зубчатых колес, где поз. I обозначено начальное положение дискового инструмента, поз. II - конечное положение дискового инструмента. Способ реализуется следующим образом: изготавливаемое гиперболоидное зубчатое колесо 2 устанавливают на шпинделе горизонтально-фрезерного или шлифовально-заточного станка с ЧПУ. Дисковую фрезу или дисковый шлифовальный круг 1 устанавливают на инструментальной оправке станка. Оси заготовки и инструмента скрещивают на угол γ. Дисковый инструмент перемещают с подачей из положения I в положение II, описывая в своем относительном движении винтовую линию вдоль зубчатой рейки или зубчатого колеса бесконечно большого диаметра.The essence of the invention is explained by illustrative material, which shows a diagram of the manufacture of hyperboloid gear wheels, where pos. I denotes the initial position of the disk tool, pos. II - the final position of the disk tool. The method is implemented as follows: the hyperboloid gear wheel 2 being manufactured is mounted on the spindle of a horizontal milling or grinding and sharpening machine with CNC. The disk cutter or disk grinding wheel 1 is mounted on the tool holder of the machine. The axes of the workpiece and the tool are crossed at an angle of γ. The disk tool is moved with a feed from position I to position II, describing in its relative motion a helical line along a toothed rack or toothed wheel of infinitely large diameter.

Пример 1. В качестве дискового инструмента выбрана дисковая модульная фреза с прямолинейным профилем боковой поверхности. Параметры фрезы следующие: модуль фрезы m_n = 1,5 мм; наружный диаметр фрезы d_a = 55 мм; посадочный диаметр фрезы на оправку d = 22 мм; количество зубьев фрезы z = 12; ширина фрезы B = 6 мм.Example 1. A modular disk cutter with a rectilinear side surface profile was selected as a disk tool. The cutter parameters are as follows: cutter module m _n = 1.5 mm; cutter outer diameter _da = 55 mm; cutter mounting diameter on the arbor d = 22 mm; number of cutter teeth z = 12; cutter width B = 6 mm.

После выбора геометрии дискового инструмента определяют режимы резания. Обработку ведут за один проход, т.к. нарезаемый зуб мелкомодульный m _n = 1,5 мм Весь припуск снимается за один проход. Следовательно, глубина резания равна t = 2,25⋅m _n = 3,375 мм.After selecting the geometry of the disk tool, the cutting modes are determined. The processing is carried out in one pass, since the cut tooth is fine-modular m _n = 1.5 mm. The entire allowance is removed in one pass. Therefore, the cutting depth is equal to t = 2.25⋅ m _n = 3.375 mm.

Выбираем подачу на зуб фрезы в зависимости от ее диаметра, числа зубьев, ширины фрезы и глубины резания t до 5 мм.We select the feed per cutter tooth depending on its diameter, number of teeth, cutter width and cutting depth t up to 5 mm.

Рекомендуемая подача на зуб фрезы лежит в пределах S _z = 0,08-0,04 мм/зуб. Принимаем подачу на зуб фрезы S _z = 0,06 мм/зуб Назначаем период стойкости дисковой фрезы Т = 120 мин. Принимаем скорость резания V = 35 м/мин. Находим число оборотов инструментальной оправки n = 200 об/мин. Определяем величину минутной подачи дискового модульного инструмента: S _мин = S _z ⋅z⋅n = 0,06⋅14⋅200 = 168 мм/мин.The recommended feed per cutter tooth is within the range of S _z = 0.08-0.04 mm/tooth. We accept the feed per cutter tooth S _z = 0.06 mm/tooth. We assign the service life of the disk cutter T = 120 min. We accept the cutting speed V = 35 m/min. We find the number of revolutions of the tool holder n = 200 rpm. We determine the value of the minute feed of the disk modular tool: S _min = S _z ⋅z⋅n = 0.06⋅14⋅200 = 168 mm/min.

Определим время, необходимое для нарезания гиперболоидной поверхности:Let's determine the time required to cut a hyperboloid surface:

T = L/S _min = 237,2/168 = 1,4 мин. T = L/S _min = 237.2/168 = 1.4 min.

где: L - длина резания; S _min - минутная подача.where: L is the cutting length; S _min is the feed per minute.

Пример 2. Шлифовались боковые поверхности и впадина на гиперболоидной заготовке с предварительно нарезанными витками (зубьями). Обработка осуществлялась на шлифовально-заточном полуавтомате с ЧПУ. В качестве дискового инструмента выбран дисковый шлифовальный круг с наружным диаметром 200 мм. Боковая (рабочая) поверхность шлифовального круга была заправлена по прямолинейной образующей. После выбора геометрии дискового шлифовального круга определены режимы шлифования. Число оборотов шлифовального круга n = 3000 об/мин, скорость шлифования V = 31,4 м/с, радиальная подача шлифовального круга S _p = 0,05 мм/об заготовки, подача шлифовального круга вдоль прямолинейной образующей изготавливаемой заготовки равна S = 20,41 мм/об заготовки, т.е. равна ее шагу (шагу зубчатой рейки которую описывает дисковый шлифовальный круг). Модуль шлифуемого гиперболоидного зубчатого колеса m _n = 6,5 мм.Example 2. The side surfaces and the cavity on a hyperboloid workpiece with pre-cut turns (teeth) were ground. The processing was carried out on a grinding and sharpening semiautomatic machine with CNC. A disc grinding wheel with an outer diameter of 200 mm was selected as a disk tool. The side (working) surface of the grinding wheel was dressed along a rectilinear generatrix. After selecting the geometry of the disc grinding wheel, the grinding modes were determined. The number of revolutions of the grinding wheel n = 3000 rpm, grinding speed V = 31.4 m/s, radial feed of the grinding wheel S _p = 0.05 mm/rev of the workpiece, the feed of the grinding wheel along the rectilinear generatrix of the manufactured workpiece is equal to S = 20.41 mm/rev of the workpiece, i.e. equal to its pitch (the pitch of the toothed rack described by the disc grinding wheel). The module of the hyperboloid gear being ground m _n = 6.5 mm.

На основании изложенного следует вывод, что предлагаемое техническое решение является новым, обладает отличительными признаками и может быть использовано для изготовления и чистовой обработки зубьев гиперболоидных зубчатых колес на серийном горизонтально-фрезерном и шлифовально-заточном оборудовании с ЧПУ.Based on the above, it can be concluded that the proposed technical solution is new, has distinctive features and can be used for the manufacture and finishing of hyperboloid gear teeth on serial horizontal milling and grinding and sharpening equipment with CNC.

Claims

A method for manufacturing hyperboloid gear wheels, in which the axes of the workpiece and the tool are crossed, imparting rotations around them with angular velocities inversely proportional to the number of their teeth, characterized in that the teeth are manufactured using a disk tool with a rectilinear tooth profile, the axis of which is moved along a rectilinear generatrix of the workpiece of a single-sheet hyperboloid along a helical line, describing in its relative motion a toothed rack or toothed wheel of infinitely large diameter.