Технические особенности непрерывного обкатного зубошлифования на станках Рейсхауэр (Швейцария)

12 Октября 2011

Зубошлифование представляет собой сложную технологическую операцию, которая предусматривает взаимодействие зубошлифовального станка, обрабатываемой заготовки, режущего и правящего инструмента, смазочно-охлаждающего технологического средства, технологических режимов обработки и сопровождается контролем качества обработанных деталей.
Современные зубошлифовальные станки Рейсхауэр работают непрерывным обкатным двусторонним методом и могут шлифовать зубчатые колёса с модулем 0,5-8,0 мм и внешним диаметром 20-1000 мм и различной геометрической формой: валы, диски, зубчатые сегменты.
Привод заготовки в зубошлифовальных станках RZ 303С, RZ 400, RZ 630, RZ 800 и RZ 1000 осуществляется через специальный планетарный механизм, запатентованный фирмой Рейсхауэр. Поэтому шпиндель заготовки является чрезвычайно жёстким и допускает большие вращающие моменты (у станка RZ 400- 180 Нм).
Это позволяет станкам работать многозаходными червячными шлифовальными кругами с большими осевыми и радиальными подачами и достигать очень высокую производительность съёма материала при обработке закалённых сталей до 250 мм³/с при и = 63 м/с.
Станки имеют высокую точность позиционирования: линейных осей 0,001 мм, круговых осей 0,001 град (рис. 1).
В качестве зажимных средств на зубошлифовальных станках применяют разжимные гидравлические оправки и механические оправки с разрезными коническими цангами (производитель Konig, Германия). Такие оправки при разжиме обеспечивают беззазорное центрирование и закрепление заготовки, что позволяет значительно снизить негативное влияние погрешности диаметра и формы посадочного отверстия на точность шлифования зубьев.
Возможность гибкого изменения профиля инструмента при обработке зубчатых колёс с различными параметрами зубьев (модуль, число зубьев, угол профиля и т.д.) - основная причина широкого применения правящих абразивных кругов при непрерывном обкатном зубошлифовании.
Обработку зубьев производят высокопористыми шлифовальными кругами. Чем больше суммарный объём пор и крупнее поры, тем лучше охлаждение и эффективнее резание. Стойкость высокопористых кругов и отсутствие прижогов при шлифовании в значительной степени определяется качеством применяемой связки.
Чаще всего на зубошлифовальных станках Рейсхауэр применяют шлифовальные круги марок 93S120J18V и 93N80/120J18V (производитель Winterthur Schleiftechnik AG).
Абразивный материал: 935-смесь электрокорунда белого (70 %) и керамического корунда (30 %); 93N станках Рейсхауэр получила профильная правка с помощью двух односторонних конусных кругов, а также одно- и двухзаходных роликов. Режущие поверхности правящих роликов покрывает одним слоем природных алмазных зёрен, связанных никелем гальваническим способом. Алмазные зёрна имеют размер 0,35-0,42 мм и форму тетраэдра или октаэдра с отношением длины к толщине близким к единице.

Известно, что непременным условием качественного зубошлифования является эффективное применение смазочно-охлаждающей жидкости. Она оказывает непосредственное влияние на производительность и качество обработки зубьев, осуществляя смазку контактирующих поверхностей инструмента и заготовки, а также отвод тепла, продуктов износа шлифовального круга и мелкой стружки из зоны обработки.
На станках фирмы Рейсхауэр в качестве СОЖ применяют шлифовальные масла Diagrind 535 и Sintogrind 353 (производитель Oel-Held, Германия) и Dascolene 598 DBR (производитель Stuart GmbH, Германия).
Достаточно высокая вязкость охлаждающих жидкостей обеспечивает хорошее качество поверхности зубьев, более длительный срок службы червячных шлифовальных кругов и способствует повышению производительности. Важно также, что применяемые масляные СОЖ характеризуются низкой степенью пенообразования. При образовании пены в СОЖ попадает большое количество воздуха, снижается давление и количество СОЖ, поступающего в зону шлифования. Имеется опасность возникновения высоких мгновенных температур и образования прижогов.
Для повышения режущих свойств круга и устранения возможности образования прижогов на поверхности зубьев подачу СОЖ в зону шлифования производят напорной струёй под давлением 0,8-2,0 МПа с производительностью 160 л/мин.
Обычно заготовками при зубошлифовании служат зубчатые колёса, прошедшие предварительную обработку на зубофрезерных или зубодолбёжных станках, а также химико-термическую обработку (цементацию и закалку). При этом твёрдость боковых поверхностей зубьев должна составлять 58-62 HRC.
В качестве примера высокопроизводительной и точной обработки может служить зубошлифование на станке RZ400 прямозубой ведущей шестерни (рис. 2) планетарного механизма (Z = 21, m = 4,5 мм, α = 20°, d = 94,5 мм, b = 63,0 мм). Припуск на сторону зуба составлял 0,2 мм, его снимали за четыре рабочих хода, причём станок был настроен таким образом, что при поступлении на обработку заготовок с повышенным припуском или большим отклонением по радиальному биению включался дополнительный пятый рабочий ход. Это позволяет избежать чрезмерного износа и поломки шлифовального круга.
Шлифование производили со скоростью 55 м/с и осевыми подачами 1,0 - 0,5 мм/об. Штучное время составило 1,28 мин. При требовании заказчика 6-й степени точности по ГОСТ 1643-81 была достигнута 3-я степень точности по нормам кинематической точности (Frr ≤ 6,7 мкм), плавности работы (fptr ≤ 2,2 мкм) и контакта зубьев (Fßr ≤ 4,9 мкм).

На рис. 3 показаны результаты измерения радиального биения зубчатого венца Frr у 50-и отшлифованных ведущих шестерён. При допуске Т = 28 мкм (6 степень точности), среднем арифметическом значении Х = 3,198 мкм и максимальном полученном значении X_max = 6,7 мм допустимое расчётное значение составляет 9,588 мкм, т.е. 34% поля допуска, величиной 28 мкм.

Статистические исследования (рис.4) показали, что теоретическая кривая распределения 1, рассчитанная по результатам замеров радиального биения зубчатого венца вытянута вверх в пределах поля рассеяния размеров от 0 до 9,588 мкм. Зубошлифовальный станок обеспечивает точность в диапазоне 75 % поля рассеяния, индекс возможностей станка Cm > 1,33 (вероятность появления ошибок 0 %).
Таким образом, проведённые производственные испытания и накопленный опыт свидетельствуют о высокой точности, производительности и надёжности непрерывного обкатного зубошлифования на станках Рейсхауэр в условиях единичного, серийного и массового производства.

Зубошлифовальные станки с ЧПУ «Рейсхауэр» (Швейцария)

Модель станка / Технические параметры	RZ150	RZ 303С	RZ 400 / RZbasic	RZ 630	RZ 800	RZ 1000
Внешний максимальный диаметр заготовки, мм	150	300	400	630	800	1000
Модуль, мм	1-3	0,5-5,5	0,5-8,0	1-8,0
Число зубьев	6-150	5-999		5-999
Ширина зубчатого венца (ход шлифовальной каретки Zi). мм	0-100	0-300		0-200
Угол наклона зуба, град.	0... ±40°	0... ±45°		0... ±40°
Макс. масса заготовки, кг	3¹	12¹	300 с оправкой	600 с оправкой
Макс. длина заготовки, мм	350	400	700
Червячный шлифовальный круг:
Число заходов	1…7		1…5²
Наружный диаметр, мм	275…206	300…206
Ширина, мм	125	145	125	145
Примечание: ¹ масса заготовки при автоматической загрузке; ² максимальный шаг винтовой линии 32 мм

А. С. Калашников, д.т.н., проф.
Издательство «ИТО», 05/2007

Возврат к списку