Wpływ zużycia frezu obwiedniowego na wybrane parametry
Transkrypt
Wpływ zużycia frezu obwiedniowego na wybrane parametry
1470 MECHANIK NR 10/2016 Wpływ zużycia frezu obwiedniowego na wybrane parametry jakościowe koła zębatego The influence of hob mill wear on the selected gear parameters JAN BUREK JAROSŁAW BUK PAWEŁ SUŁKOWICZ MARCIN PŁODZIEŃ JACEK MISIURA * DOI: 10.17814/mechanik.2016.10.415 Przedstawiono wpływ zużycia frezu obwiedniowego na dokładność wykonania zarysu i linii zęba oraz chropowatość powierzchni boku zęba przy obróbce kół walcowych o dużej linii styku frez-koło zębate. SŁOWA KLUCZOWE: frezowanie obwiedniowe, zużycie, koło zębate, zarys ewolwentowy The article presents the influence of hob mill wear on the accuracy of involute profile, pitch line and flank roughness during machining spur gears with long hob-gear contact line. KEYWORDS: hobbing, wear, gear, involute tooth profile Frezy ślimakowe do obróbki kół zębatych należą do grupy narzędzi, których ostrza ukształtowane w postaci trapezu w procesie obróbki są obciążone bardzo nierównomiernie [1, 2]. Największemu zużyciu ulega zazwyczaj środkowa część frezu (rys. 1). Pozostałe części są znacznie mniej zużyte. Frez ślimakowy ma od 6 do nawet 24 zębatek, na których znajduje się kilkanaście lub kilkadziesiąt ostrzy [1, 3, 4]. Współczesne rozwiązania konstrukcyjne frezurek obwiedniowych umożliwiają obróbkę kół zębatych o bardzo dużych średnicach (do 1000 mm) [1]. Stąd też wynika duża strefa zaangażowania ostrza frezu w materiale obrabianym. Można powiedzieć, że praktycznie frez pracuje na całej długości, nawet bez stosowania posuwu stycznego. Strefę obróbki można podzielić na część obróbki zgrubnej, gdzie następuje kolejne wcinanie się ostrzy na głębokość wrębu, oraz strefę właściwego kształtowania zarysu zęba. Na skutek różnych warunków pracy poszczególnych części frezu występuje także różny proces zużycia. Największemu zużyciu podlegają ostrza w środkowej części frezu ze względu na to, że skrawają na pełnej głębokości wrębu [5, 6]. Nierównomierne zużycie ostrzy wpływa na charakter pracy i parametry dokładności obrabianego uzębienia. Krawędzie ostrzy frezu o większym zużyciu powodują większe siły skrawania. Prowadzi to do powstawania drgań, które powodują w konsekwencji, wykruszanie krawędzi skrawających oraz nieprawidłowe wykonanie powierzchni stycznych zębów [1, 7]. Celem niniejszych badań było określenie wpływu zużycia ostrzy frezu na dokładność wykonania zarysu i linii zęba oraz chropowatość powierzchni stycznej zęba, przy wykonaniu serii kół zębatych z dużą strefą zaangażowania ostrza frezu w materiale obrabianym. * Dr hab. inż Jan Burek prof. PRz ([email protected]), mgr inż. Jarosław Buk ([email protected]), mgr inż. Paweł Sułkowicz ([email protected]), mgr inż. Marcin Płodzień (plodzień@prz.edu.pl), mgr inż. Jacek Misiura ([email protected]) – Katedra Technik Wytwarzania i Automatyzacji, Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, Politechnika Rzeszowska Rys. 1. Rozkład zużycia frezu obwiedniowego Warunki badań Badania zostały wykonane na 6-osiowej frezurce obwiedniowej CNC Koepfer 200 firmy Emag (rys. 2). Rys. 2. Stanowisko badawcze: 1 – frez ślimakowy, 2 – przedmiot obrabiany W badaniach użyto frezu obwiedniowego ze stali szybkotnącej PM-HSS firmy Koepfer o module m = 1,5 mm, krotności k = 1 i liczbie zębatek zf = 6. Koła zębate o szerokości b = 40 mm i liczbie zębów z = 120 wykonano ze stali 42CrMo4 ulepszonej cieplnie o twardości 48 HRC. W celu uzyskania wyraźnych śladów zużycia obróbkę przeprowa- MECHANIK NR 10/2016 + 1471 MECHANIK NR .../20... 42CrMo4 ulepszonej cieplnie o twardości 48 HRC. W celu przedstawiono stan i rozmieszczenie zużycia freza dla próTablica. Rozmieszczenie i stopień zużycia frezu dla badanych bekTablica wybranych do badań. Pierwsze kołozużycia obrobiono nowym I. Rozmieszczenie i stopień freza dla badapróbek frezem nychi przyjęto próbek jako wzorcowe. ffα, ffβ [μm] ffα, ffβ [μm] 24 dzono na suchowyraźnych z następującymi parametrami: uzyskania śladów zużycia obróbkęprędkość przeprowa+ I II III 22 skrawania = 190 m/min, posuw fw = 0,5 mm/obr, współdzonovcna sucho z następującymi parametrami: prędkość 20 bieżnie w jednym przejściu wzdłuż linii zęba. Wykonano 40 fw = v c = 190 m/min,o posuw mm/obr, współskrawania 42CrMo4 ulepszonej cieplnie twardości 480,5 HRC. W celu 18 kółuzyskania zębatych w jednym seriachprzejściu po 10 sztuk. Poobróbkę każdej serii spraw- 40 24 bieżnie wyraźnych w wzdłuż linii zęba. Wykonano śladów zużycia przeprowaI II III IV 22 16 kółstan zębatych po 10 sztuk. Po każdej serii sprawdzano wzseriach celu ustalenia stopnia zużycia i jego dzono na frezu suchow następującymi parametrami: prędkość 20 14 dzano stan freza w celu ustalenia stopnia zużycia i jego f w =narzędzia. v c =na 190 m/min, posuw 0,5 mm/obr, skrawania rozmieszczenia długości roboczej Wwspółtablica 12 rozmieszczenia na długości narzędzia. W40dla tabl. I 18 bieżnie w jednym przejściu wzdłużroboczej linii zęba. Wykonano przedstawiono stan i rozmieszczenie zużycia frezu kół przedstawiono zębatych w seriach 10 sztuk. Po każdej serii spraw10 stan po i rozmieszczenie zużycia freza dla pró- 16 próbek wybranych do badań. Pierwsze koło obrobiono dzano freza wdocelu ustalenia stopnia i jego bek stan wybranych badań. Pierwsze kołozużycia obrobiono nowym 14 8 nowym frezem i przyjęto jakoroboczej wzorcowe. 12 rozmieszczenia na długości narzędzia. W tabl. I frezem i przyjęto jako wzorcowe. 10 8 6 MECHANIK IV V NR .../20... V 6 4 2 0 Numer 4 linia zęba lewa linia zęba prawa zarys zęba lewy zarys zęba prawy I II III IV V Tablica I. Rozmieszczenie i stopień dla badapróbkiNumer I II III zużycia freza IV V 2 4. Odchyłki zarysu i linii zęba (I÷V – numery części frezu) próbki Rys. nych próbek Zatępienie Zatępienie 0Rys. 4. Odchyłki zarysu i linii zęba (I÷V – numery części freza) Zatępienie i WykruszeWykruszenia Zatępienie i WykruszeWykruszenia linia zęba lewa linia zęba prawa zarys zęba lewy zarys zęba prawy i wykruszei wykruszewykruszeniania krawędzi Stopień krawędzi i wykruszenia nia krawędzi krawędzi i Numer Stopień II krawędzi IIIpowierzchniniaIV V powierzchni Odchyłki zarysu się krawędzi zużycia -I nia krawędzi krawędzi próbki dlakół kółI,I,IIIIi iIIIIIIutrzymywały utrzymywały się Odchyłki zarysuzęba zębaffαf fαdla i powierzchi powierzchzużycia skrawających natarcia skrawających natarcia Rys. 4. Odchyłki zarysu i poziomie. linii zęba (I÷V Jednak – numery części freza) skrawająskrawająna jednakowym rozrzut pomiarów dla na jednakowym poziomie. Jednak rozrzut pomiarów dla koła ni natarcia ni natarcia Zatępienie i Zatępienie i Wykruszenia Wykruszenia cych cych Stopień wykruszenia krawędzi i wykruszenia krawędzi i koła trzeciego wyraźnie większy. Odchyłki zarysu trzeciego byłbył wyraźnie większy. Odchyłki zarysu zębazęba dla Odchyłki zarysu zęba f fα dla kół I, II i III utrzymywały się dlakół kółIVIVi V i Vbyły byłyokoło około dwukrotnie większe. Dla próbki IV dwukrotnie większe. Dla próbki IV wyna jednakowym poziomie. Jednak rozrzut pomiarów dla koła f f = 0,015 mm, a dla V = 0,018 mm. Podobną tennosiły = 0,015 mm, a dla V f = 0,018 mm. Podobną wynosiły f fα fα fα fα trzeciego był wyraźnie większy. Odchyłki zarysu zęba dla rozrzuty kół, charakteryzowały się rozrzuty pomiarów dla tych kółtendencją IVdencją i V byłycharakteryzowały około dwukrotniesię większe. Dlapomiarów próbki IVdla wy-tych a co do wartości były nawet pięciokrotnie większe niż kół,f fαa=wartości większe dla 0,015 mm,były a dlanawet V f fα = pięciokrotnie 0,018 mm. Podobną ten- niż dla nosiły próbki I. dencją charakteryzowały się rozrzuty pomiarów dla tych kół, próbki I. Wykonano pomiary parametrów chropowatości poWyniki badań Wyniki badań a co do wartości były nawet pięciokrotnie większe niż dla wierzchni R a i R z oraz dokładność wykonania zarysu ewolpróbkiPodsumowanie I. wentowego pomiary i linii parametrów zęba. Weryfikacji poddano Wykonano chropowatości po- obie Podsumowanie Wykonano pomiary parametrów chropowatości popowierzchnie styczne trzech wybranych zębów (o najgorwierzchni R a i R z oraz dokładność wykonania zarysu ewolZ przeprowadzonej analizy chropowatości powierzchni Podsumowanie wierzchni Ra ii Rz oraz dokładności zarysu Z przeprowadzonej analizy chropowatości powierzchni szej, średniej i najlepszej powierzchni). Do pomiaru chropowentowego linii zęba. Weryfikacjiwykonania poddano obie badanych próbek wynika, że wartość parametru chropowaewolwentowego i linii zęba. Weryfikacji poddano obie XR po- 20 Z watości powierzchni użyto profilografometru powierzchnie styczne trzech wybranych zębów (oMahr najgorbadanych próbek wynika, że wartość parametru R a utrzymywała się na zbliżonymchropopoziotości powierzchni przeprowadzonej analizy chropowatości powierzchni szej, średniej i najlepszej powierzchni). Do pomiaru chropowyposażonego w głowicę MFW-250:1. Pomiary wykonano wierzchnie styczne trzech wybranych zębów (o najgorszej, watości powierzchni Ra utrzymywała się na zbliżonym R z widać badanych wynika, że wartość parametru chropowamie. próbek W przypadku parametru chropowatości watości użyto powierzchni profilografometru Mahrzęba. XR 20 trzykrotnie na każdej Wyniki średniej i powierzchni najlepszej powierzchni). Dostycznej pomiaru chropoR poziomie. W przypadku chropowatości Rz dla wisię na Odchyłki zbliżonym poziotości powierzchni największy wzrost jej parametru wartości. linii zęba a utrzymywała wyposażonego w głowicę MFW-250:1. Pomiary wykonano pomiaru chropowatości powierzchni przedstawiono na R z linii widać mie. Wnajwiększy przypadku parametru chropowatości watości powierzchni użyto profilografometru Mahr XR 20rys. wszystkich próbek miały porównywalną wartość z czego dać wzrost jej wartości. Odchyłki zęba dla trzykrotnie na każdej powierzchni stycznej zęba. Wyniki 3. największy jej wartości. Odchyłki linii wartość, zęba dlazna wynika,wzrost żepróbek zużycie ostrzy miało minimalny wpływ dowyposażonego w głowicępowierzchni MFW-250:1. Pomiary wykonano wszystkich miały porównywalną czego pomiaru chropowatości przedstawiono na rys. wszystkich próbek miały porównywalną wartość z czego kładność kształtowania liniimiało zęba. minimalny trzykrotnie na każdej powierzchni stycznej zęba. Wyniki powynika, że zużycie ostrzy wpływ na do3. wynika, że zużycie ostrzytakiego miało minimalny doPóźne wykrycie zużycia wwpływ strefiena kształtowania miaru chropowatości powierzchni przedstawiono na rys. 3. kładność kształtowania linii zęba. [μm] Ra Rz kładność kształtowania linii zęba. boku zęba decyduje o wykonaniu serii wadliwych kół zębaPóźne wykrycie takiego zużycia w freza strefie kształtowania Późne wykrycie takiego zużycia strefie kształtowania 2,5 tych. Nierównomierne zużyciewostrzy wpływa na cha[μm] Ra Rz boku zęba decyduje o wykonaniu serii wadliwych kół zęboku zęba decyduje o wykonaniu wadliwych kół rakter pracy narzędzia, w serii szczególności na zębapowstawanie 2,5 tych. Nierównomierne zużycie ostrzy freza wpływa na chabatych. Nierównomierne zużycie ostrzy frezu wpływa na drgań powodujących błędy powierzchni ewolwentowej. Dla2 rakter pracy w szczególności na powstawanie charakter pracy narzędzia, w szczególności na powstawatego teżnarzędzia, proces regeneracji freza ślimakowego polega na drgań powodujących błędy powierzchni ewolwentowej. Dla2 wszystkich ostrzy na powierzchni natarcia do nieszlifowaniu drgań powodujących błędy powierzchni ewolwentowej. 1,5 tego też proces regeneracji freza ślimakowego polega na najbardziej zużytego ostrza. Proces dotyczy nawet tych Dlatego też proces regeneracji frezuten ślimakowego szlifowaniu wszystkich ostrzy na powierzchni natarcia do polega 1,5 ostrzy, które nie wykazują oznak zużycia lub są zużyte mina szlifowaniu wszystkich ostrzy na powierzchni natarcia 2,13 najbardziej zużytego ostrza. Proces ten dotyczy nawet tych 1 2,02 1,98 1,92 nimalnie. Dlatego powinno się dążyć dosąpracy frezem ślimado najbardziej zużytego ostrza. Proces ten dotyczy nawet ostrzy, które nie wykazują oznak zużycia lub zużyte mi2,13 1,48 1 2,02 kowym na jego całejsię długości, stosując na przykład posuw 1,98 1,92 nimalnie. Dlatego powinno dążyć do pracyzużycia frezem ślimatych ostrzy, które nie wykazują oznak lub są zużyte 0,33 0,32 0,32 0,5 0,3 styczny docałej osi długości, narzędziastosując tzw. shifting. Posuw ten można 0,26 1,48 kowym na jego na przykład posuw minimalnie. Dlatego powinno się dążyć do pracy frezem 0,33 obecnie na większości frezarek 0,32 0,32 0,5 0,3 styczny do osiwykonywać narzędzia tzw. Posuw ten obwiedniowych można 0,26 ślimakowym na jego całejshifting. długości, stosując np. posuw 0 do kół zębatych walcowych. obecnie wykonywać na większości frezarek obwiedniowych I II III IV V styczny do osi narzędzia tzw. shifting. Posuw ten można 0 do kół zębatych walcowych. Rozmieszczenie - Strefa kształto- Strefa obróbki Strefa obróbkikrawędzi Strefa kształtozużycia powierzchni powierzchni Rozmieszwania boku na długości - krawędzi wania boku zęba zgrubnej natarcia zgrubnejskrawających skrawających natarcia Strefa Strefa zęba roboczej Strefa Strefa czenie na freza kształtowa- kształtowaStrefa kształtoRozmieszczenie obróbki - Strefa obróbki długości obróbki Strefa obróbki Strefania kształtonia boku boku na długości zgrubnej wania boku zęba wania boku zgrubnej roboczej zgrubnej zgrubnej zębazęba roboczej freza badań zęba Wyniki frezu I II III IV V LITERATURA obecnie wykonywać na większości frezurek obwiedniostycznych Rys. 3. Chropowatość powierzchni R a i R Z powierzchni Rys. 3. Chropowatość powierzchni Ra i Rz powierzchni stycznych zębów LITERATURA wych do kół zębatych walcowych. zębów (I÷V – numery próbek) 3. Chropowatość powierzchni R a i R Z powierzchni stycznych 1. Siecla R., Wieczorowski K. „Zużycie frezu w procesie frezowania (I÷VRys. – numery próbek) zębów (I÷V – numery próbek) kółK.zębatych walcowych o zębach śrubowych”. 1. Siecla diagonalnego R., Wieczorowski „Zużycie frezu w procesie frezowania LITERATURA Chropowatość powierzchni R a dla kolejnych próbek diagonalnego ATMiA. Vol. 2, Nr 2 (2009): s. 163÷172. kół zębatych walcowych o zębach śrubowych”. Chropowatość Ra dla kolejnych próbek ATMiA. 2. Pijanowski Wieczorowski K.frezu „Rozkład zużycia ostrzy freza Chropowatość powierzchni kolejnych próbek zmieniała się powierzchni nieznacznie. R W przypadku chropowatości Vol. Nr 2M., (2009): s.K.163÷172. a dla 1.Siecla R.,2,Wieczorowski „Zużycie w procesie frezowania diazmieniała sięsięnieznacznie. W przypadku chropowatości ślimakowego przy przemieszczaniu narzędzia”. Zeszyty Nauko2. Pijanowski M.,kół Wieczorowski K. „Rozkład zużycia ostrzy freza zmieniała nieznacznie. W wzrost przypadku chropowatości R z zauważono jej wartości dla każdego powierzchni gonalnego zębatych walcowych o zębach śrubowych”. ATMiA. T. 2, Politechniki Rzeszowskiej narzędzia”. - Mechanika, Nr 188Nauko(2001), z. 57. przy przemieszczaniu Zeszyty Rkoła. powierzchni Rz wzrost jejwartości wartości dla każde-dru- ślimakowego zauważono dladla każdego powierzchni kolejnego Znacznywzrost wzrostjejzanotowano próbki Nr 2we (2009): s. 163÷172. zzauważono Politechniki Rzeszowskiej - Mechanika, Nr 188 (2001), z. 57. 3. Wieczorowski K. „Badania frezów ślimakowych o koła. Znaczny wzrost zanotowano dla próbki dru2.Pijanowski M., Wieczorowski K.zużycia „Rozkład zużycia ostrzy frezu giej. Kolejne wykazują tendencję wzrostową w we go kolejnego kolejnego koła. Znaczny wzrost zanotowano dla jednak próbki 3. Wieczorowski K. „Badania zużycia frezów ślimakowych o ostrzach niezataczanych do zgrubnej obróbki kół zębatych”. Pragiej. Kolejne wykazują tendencję wzrostową jednak w ślimakowego przy przemieszczaniu narzędzia”. Zeszyty Naukowe Pomniejszym stopniu. drugiej. Kolejne wykazują tendencję wzrostową, jednak ostrzach do zgrubnej obróbki kół zębatych”. Prace niezataczanych Naukowe Instytutu Technologii i Automatyzacji PoliRzeszowskiej – Mechanika. NrMaszyn 188 (2001), z. 57. mniejszym stopniu. zarysu i linii zęba użyto konturografu Mahr ce litechniki Do pomiaru Naukowe Instytutu Technologii Maszyn i Automatyzacji Poliw mniejszym stopniu. techniki Wrocławskiej, Nr 49 (1991). 3.Wieczorowski K. „Badania zużycia frezów ślimakowych o ostrzach Do pomiaru zarysu i linii zęba użyto konturografu Mahr po- techniki XC 20. Zarys zęba trzykrotnie na każdej Wrocławskiej, Nr T., 49 Fecova (1991). 4. Litecka J., Horvat V. „ Classification of Factors AffectDo pomiaru liniimierzono zęba użyto konturografu niezataczanych zgrubnej kół zębatych”. Prace XCwierzchni 20. Zaryszarysu zęba imierzono na każdej Mahr po- Linię 4. Litecka J., Hob Horvat T.,do Fecova V. „ obróbki Classification of Factors Affect-Naukowe stycznej zęba w trzykrotnie równych odległościach. ing Wear”. Manufacturing and Industrial Engineering. Issue XCwierzchni 20. Zarys zęba zęba mierzono trzykrotnie na każdej po- ingInstytutu Technologii Maszyn i Automatyzacji PolitechnikiIssue Wrocławskiej, stycznej w równych odległościach. Linię Hob Manufacturing and Industrial Engineering. 3, Wear”. 2011: pp. 59÷61. zęba mierzono trzykrotnie na średnicy podziałowej. Wyniki Nr 49 (1991). 2011: pp. 59÷61. wierzchni stycznej zęba odległościach. zęba mierzono trzykrotnie narównych średnicy podziałowej. Wyniki 5. Kotlyar Y. „ Hob length effects”. Gear Technology. Septemodchyłek zarysu i linii w zęba przedstawiono na rys. 4.Linię Stronę 3, Horvat T., Fecova V. „Classification of Factors Affecting 5. 4.Litecka Kotlyarber/October, Y. J., „ Hob length effects”. odchyłek zarysutrzykrotnie izęba linii zęba przedstawiono naarys. 4. Stronę zęba mierzono na średnicy podziałowej. Wy1985: pp. 16÷48.Gear Technology. Septemwychodzącą przyjęto jako lewą, wchodzącą jako ber/October, Hob Wear”. Manufacturing and Industrial Engineering. Iss. wear 3, 2011: 1985: pp. 16÷48. zęba przyjęto jako przedstawiono lewą, a wchodzącą jako 4. 6. Rech J. „Influence of cutting Edge preparation on the renikiwychodzącą odchyłek zarysu i linii zęba na rys. prawą. 6. Rech „Influence of cutting preparation the wear re- (2006): pp.J. 59÷61. prawą. sistance in high speed Edge dry gear hobbing”.onWear. Vol. 261 Stronę wychodzącą zęba przyjęto a wchodzącą f fβ lewą, dla wszystkich próbek sistance Wartości odchyłek linii zębajako in Y. high speed dryeffects”. gear hobbing”. Wear. Vol. 261 (2006): 5.Kotlyar „Hob length Gear Technology. September/October, pp. 505÷512. Wartości odchyłek linii zęba f fβ dla wszystkich próbek 505÷512. pp. 16÷48. M., Cellary A., Chajda J. „Przewodnik po pomiautrzymywały się na podobnym poziomie i wynosiły około pp.1985: jako prawą. 7. Wieczorowski utrzymywały się na podobnym poziomie i wynosiły około 7. Wieczorowski M., Cellary A., Chajda „Przewodnik po pomia6.Rech J. „Influence of powierzchni, cutting Edge J. preparation on the weari nie resistance 0,005 Jedynie odchyłki linii zęba strony rach nierówności czyli o chropowatości tylko”. Wartości odchyłek liniirozrzut zęba ffβ dla próbek 0,005 mm.mm. Jedynie rozrzut odchyłki linii wszystkich zęba strony lewej lewej rach nierówności powierzchni, czyli oWear. chropowatości i nie tylko”. in high speed dry gear hobbing”. Vol. 261 (2006): pp. 505÷512. próbki V się wyraźnie zwiększył w stosunku do pozostałych. utrzymywały nazwiększył podobnym poziomie i wynosiły około próbki V wyraźnie się wsię stosunku do pozostałych. 7.Wieczorowski M., Cellary A., Chajda J. „Przewodnik po pomiarach nie0,005 mm. Jedynie rozrzut odchyłki linii zęba strony lewej równości powierzchni, czyli o chropowatości i nie tylko”. Wyd. M-Druk. Poznań, 2003. próbki V wyraźnie zwiększył się w stosunku do pozostałych. ■