Червяк (червячная передача) - является фактически видоизменённой шестернёй, где зубья из параллельного сечения преобразованы в продольно-круговое, то есть в витки. Форма червяка стала образом шурупов, болтов, винтов. Червяк используется в промышленности, сельском хозяйстве и в быту.
В статье описано как нарезается червяк на токарном станке с ЧПУ методом построчной обработки, профиль которого образован тором (форма профиля ZT2). Предприятие ОАО «Шадринский завод транспортного машиностроения» (ОАО ШЗТМ) производит различное технологическое оборудование, устанавливаемое на автомобильный транспорт. Один из видов продукции - насос высокого давления для цементации скважин. В его состав входит червячная передача, червяк которой образован тором (форма профиля ZT2). Фрагменты чертежа червяка (червяк деталь) представлены на рис. 1 и 2. Рабочая поверхность витков червяка образуется винтовым движением окружности р = 78 мм (R78 на рис. 2), заданной в плоскости, скрещивающейся с осью вращения червяка под углом уи = 8°58’57’’; кратчайшее расстояние от центра окружности р до оси вращения червяка составляет си = 101.219 мм (см. рис.2); высота витка червяка h1 = 32.5 мм.
Рисунок 1. Червяк, образованный тором (форма профиля ZT2)
Годовая программа выпуска насосов составляет 10-20 изделий в год. Как видно из рис. 1, червяк деталь имеет крупные габариты. Для получения подобных деталей на ШЗТМ для этих целей предусмотрен токарный станок 16А20Ф3 с системой ЧПУ NC210. С его помощью производится нарезание червяка на токарном станке.
Изготовление червяка проходило в следующем порядке:
- 1. Токарный станок с чпу 16а20ф3 производит черновую обработку. Подготовка базовых поверхностей для нарезки червячной канавки.
- 2. Черновая обработка червячной канавки на станке 16А20Ф3.
- 3. Закалка.
- 4. Восстановление баз.
- 5. Станок чпу 16а20ф3 производит чистовую обработку червячной канавки.
- 6. Обработка остальных поверхностей.
Рисунок 2. Профиль и основные параметры червяка
Изготовление червяков на токарном станке 16А20Ф3 связана с особенностью, мощность станка 16А20Ф3 не позволяет нарезать червячную канавку специальным фасонным резцом, спрофилированным по форме профиля (рис.2) из-за большой высоты витка червяка h1 = 32.5 мм. Поэтому черновая и чистовая нарезки профиля проводились методом построчной обработки токарным резцом со сменной твердосплавной режущей пластиной круглой формы (рис.3). У резца были срезаны опорные поверхности под углом 13° (угол, близкий делительному углу подъема линии витка) так, как показано на рис. 3. Это позволило выровнять задние углы резания при обработке левой и правой рабочих сторон червяка, а также разместить резец внутри обрабатываемой канавки без интерференции.
Рисунок 3. Резец для нарезки червячной канавки
Для обеспечения наибольшей жесткости державки резца и увеличения стойкости, был взят максимально возможный радиус режущей пластины - 8мм. Пластина с таким радиусом позволяет выполнить нарезание червяка на токарном станке без существенного уменьшения его рабочей высоты. Как видно из рис. 4, рабочая высота профиля червяка уменьшается на 1.25 мм по сравнению со стандартным, что для данной передачи не является существенным.
Рисунок 4. Изменение формы дна червячной канавки при обработке токарным резцом с радиусом режущей пластины 8 мм.
Управляющая программа черновой обработки червячной канавки представляет собой множественный вызов параметрической подпрограммы, схема которой представлена на рис. 5. Текст подпрограммы следующий (подпрограмма CHER2/MP5):
G33 ZE72 KE41 RE42 - нарезка винта (путь 1, см. рис. 5)
G00 XE83 - отскок на «безопасный Х» (путь 2)
E71=E71+E32 - пересчёт точки возврата по Z для выхода на новую строку
G00 ZE71 - возврат по Z (путь 3)
G00 XE81 - возврат по Х (путь 4)
Здесь: Е71 - текущая точка обработки канавки по оси Z (рис. 5); Е81 - начальная точка канавки по оси Х (рис. 5); Е32 - шаг прохода; Е72 - конечная точка нарезания винтовой канавки; Е83 - «безопасный Х»; Е41 - ход червяка; Е42- угловое положение шпинделя.
Рисунок 5. Схема черновой обработки червячной канавки
Червяк на токарном станке обрабатывается с помощью подпрограммы несколько раз, пока не будет достигнута заданная ширина канавки червяка на текущей строке обработки. После этого устанавливается новое начальное положение профиля (параметры Е81, Е71), пересчитывается шаг прохода Е32 и количество повторений подпрограммы.
Рассмотрим фрагмент управляющей программы для черновой обработки впадины (блок установки режимов резания, включения оборотов шпинделя и выполнения других вспомогательных функций опущен):
Установка постоянных параметров на токарный станок 16а20ф3, не изменяемых в пределах обработки одного захода червяка:
E72 = -360 (конечная точка нарезки винтовой канавки)
E83 = 210 («безопасный X»)
E41 = 100.53 (ход червяка)
E42 = 0 (угловое положение шпинделя для первого захода червяка)
Начало обработки:
E81 = 179 (установка начальной строки обработки Х=179)
E71 = 11.020952 (установка координаты Z начального прохода строки)
E32 = -1.836825 (установка шага прохода по Z )
G00 XE81 ZE71 (перемещение в начальную точку цикла)
(RPT, 12) (начало цикла, количество повторений К=12)
(CLS, CHER2/MP5) (вызов подпрограммы черновой построчной обработки канавки)
(ERP) (конец цикла)
E81 = 178.6 (установка следующего уровня Х=178.6 для формирования витка)
E71 = 11.010298
E32 = -1.83505
G00 XE81 ZE71
(RPT, 12)
(CLS, CHER2/MP5)
(ERP)
(CLS, CHER2/MP5)
…………………………………
E81 = 111 (установка заключительного уровня Х=111 для формирования витка)
E71 = 0
E32 = 0
G00 XE81 ZE71
(CLS, CHER2/MP5)
Так как червяк имеет два захода, то в программе Е42=0 меняется на Е42=180 и выполнение программы повторяется.
Для вычисления переменных параметров E81, E71, E32 и количество повторений вызова подпрограммы CHER2/MP5, была разработана параметрическая трехмерная модель обработки червячной канавки в системе параметрического трехмерного моделирования T-FLEX CAD. На рис. 6 показана фотография того как обработан червяк на токарном станке после черновых проходов. УП ЧПУ для чистовой обработки червячной канавки имеет похожую структуру, ее схема представлена на рис. 7.
Рисунок 6. Червяк после черновой обработки профиля
Рисунок 7. Схема чистовой обработки червячной канавки
