2. Проектирование червячных фрез

Червячные фрезы применяют для черновой и чистовой обработки цилиндрических деталей наружного зацепления с прямыми, винтовыми и шевронными зубьями.

Червячные фрезы изготавливаются для следующих типов деталей:

• Зубчатые колеса ГОСТ 1643-81 - фреза ГОСТ 9324-80;

• Шлицевые валы ГОСТ 1139-80 - фреза ГОСТ 8027-86;

• Звездочки ГОСТ 591-69 - фреза ГОСТ 15127-83;

• Нестандартные детали (остро шлицевые валы и др.).

Червячные фрезы могут работать с осевой, радиальной, диагональной и тангенциальной подачей. В последнем случае конструкция фрезы снабжается режущей частью с длиной, равной двум осевым шагам фрезы, и с углом конуса 20...30°. По способу крепления фрезы делаются насадными и хвостовыми. В системе реализовано проектирование насадных червячных фрез, не использующих тангенциальную подачу, с передним углом зуба 0º (для нарезания зубчатых колес), прямобочных шлицевых валов, звездочек и нестандартных деталей. Для проектирования нестандартных профилей детали используется модуль K3.

Основная литература, использованная при создании системы:

1. Инструкции по расчету червячных фрез. Никитина З.А. под редакцией Цвиса Ю.В. ВНИИ. 1966.

2. Инструкции по расчету червячных фрез. Львовский инструментальный завод. 1981.

3. Семенченко И.И., Матюшин В.М., Сахаров Г.Н. Проектирование режущих инструментов. – М.: Машгиз, 1963. – 952 с.

4. Сахаров Г.Н., Арбузов О.Б, Боровой Ю.Л., Гречишников В.А., Киселев А.С. Металлорежущие инструменты. – М.: Машиностроение, 1989. – 328 с.

5. Кожевников Д.В., Гречишников В.А., Кирсанов С.В., Кокарев С.В., Схиртладзе А.Г. Режущий инструмент: Учебник для вузов [Текст] / Под редакцией С.В. Кирсанова. М.: Машиностроение, 2004. 512 с.: ил.

6. Кукляк М.Л. Металорізальні інструменти в машинобудуванні: Навч. посібник. Ч. 2. – К.: ІЗМН, 1998. – 400 с.

2.1. Расчет профиля червячных зуборезных фрез для цилиндрических зубчатых колес с эвольвентным профилем

Червячная фреза для нарезания колес с эвольвентным профилем является теоретически правильной, если она выполнена на основе червяка с эвольвентным профилем витков в сечении, перпендикулярном его оси.

Ввиду сложности профилирования, изготовления и контроля эвольвентных червячных фрез применяются несколько способов их приближенного профилирования.

Первый способ приближенного профилирования заключается в том, что профиль фрезы выполняется прямолинейным в осевом сечении. При этом способе эвольвентный червяк заменяется архимедовым червяком, прямолинейным в осевом сечении.

Второй способ приближенного профилирования заключается в том, что профиль фрезы выполняется прямолинейным в нормальном сечении. Эвольвентный червяк заменяется конволютным.

Этот метод имеет две разновидности:

а) профиль нормального сечения принимается равным исходному контуру нарезаемого колеса, причем угол профиля зуба фрезы принимается равным углу профиля исходного контура;

б) угол профиля фрезы в нормальном сечении принимается отличным от угла исходного контура, т.е. корректированным.

Расчет червячных фрез заключается в определении размеров профиля фрезы в осевом сечении, если фреза архимедова, или в нормальном сечении, если фреза конволютная.

Наружный диаметр, тип основного червяка, число заходов, диаметр посадочного отверстия, длина режущей части фрезы являются конструктивными элементами и выбираются по стандартам или задаются, исходя из паспортных данных станка и опыта эксплуатации фрез.

Определение профиля червячных фрез, независимо от их типа и назначения, ведется в плоскости нормального сечения к виткам фрезы. При этом основные размеры профиля фрезы определяются как размеры прямобочной рейки, находящейся в без зазорном зацеплении с зубьями нарезаемого колеса. Эта рейка называется исходной инструментальной рейкой. В соответствии с этим принимается профильный угол фрезы равным номинальному углу зацепления колеса, обязательным условием при этом является равенство основных шагов рейки фрезы и колеса.

Начальными данными для расчета являются параметры зубчатого колеса: модуль, угол профиля исходного контура колеса, внешний диаметр, делительный диаметр, диаметр впадины. В зависимости от параметров зубчатого колеса так же выбираются начальные параметры фрезы. В случае проектирования фрезы под шевингование выбирается модификация профиля. Размеры профиля фрезы определяются в нормальном сечении. В случае уменьшенного профильного угла рассчитываются новый модуль, окружность обкатки и новый угол наклона линии зуба на окружности обкатки.

В окне "Параметры зубчатого колеса" задаются основные исходные параметры. В случае проектирования фрезы с модификацией, дополнительные параметры задаются в окне "Модификация профиля под шевингование".

В окне "Начальные данные фрезы" задаются основные параметры фрезы.

Радиальный зазор обычно равен 0.25m.

Таблица.1.

Выбор рекомендованных значений числа заходов фрезы "n"

Технологический тип фрезы	Черновая	Получистовая	Чистовая
Модуль
m от 2,75 до 12	n=2 (для нечетных Z) n=3 (для четных Z)	n=2 (для нечетных Z) n=1 (для четных Z)	n=1
m до 2,5 и свыше 12	n=1

При проектировании фрезы с модификацией система предложит выбрать необходимую комбинацию модификаций и доза дать параметры зубчатого колеса, фрезы и шевера. Уменьшенный профильный угол используется для нарезания колес модулей от 1 до 2мм. Усики используются для колес модулей до 6мм. Комбинация из двух модификаций усики и фланки используется для колес модулей от 2 до 12мм.

Целью модификации профиля фрез является улучшение условий шевингования, которое получается при определенном распределении припуска под шевер.

После задания всех параметров переходим к расчету профиля и конструктивных размеров фрезы.

Выводятся основные размеры профиля и предоставляется возможность при необходимости сразу уточнить величины радиусов скругления впадин и вершин профиля.

Под эскизом выводятся новые параметры в случае уменьшенного профиля фрезы.

Особенностью расчета червячных фрез под шевингование является дополнительное определение модификации профиля - размеров усиков и фланков. Другая особенность расчета состоит в том, что размеры профиля фрезы (высота головки зуба, величины усиков и фланка) должны увязываться с размерами зуба шевера с целью создания оптимальных условий для процесса шевингования.

В этой связи желательно расчет фрез под шевингование вести после определения основных параметров зуба шевера. Если при проектировании шевера окажется, что шевер упирается головкой зуба в дно впадины зубьев колеса, рекомендуется (если это допускается конструкцией колеса) увеличивать высоту ножки его зуба и, соответственно, высоту головки зуба фрезы. Высота головки рассчитывается при этом таким образом, чтобы наименьший радиальный зазор между вершиной зуба шевера и дном впадины зубьев колеса в процессе шевингования был бы в пределах (0,1...0,15)m. Фрезы под шевингование рекомендуется выполнять с нулевым или положительным передним углом, равным 5°.

Червячные фрезы под шевингование отличаются от червячных фрез общего назначения модификацией профиля.

Целью модификации профиля фрез является улучшение условий шевингования, которое получается при определенном распределении припуска под шевер.

Чтобы усик по всему контуру имел положительные задние углы, величина угла принимается не меньше 5° .

Фланкирование профиля фрезы должно обеспечить срезание головки зуба колеса в заданных пределах. Оптимальные величины срезания находятся в каждом конкретном случае опытным путем, но обычно размеры срезания для шестерен модулей от 2 до 6 мм, подлежащих шевингованию, принимаются в пределах: высота – f = 0,5...0,8 мм, ширина – q=0,1...0,3мм .

Профиль фланков фрезы выполняется прямолинейным, вследствие чего процесс нарезания зубьев колеса такой фрезой можно представить как фрезерование двумя рейками, которые имеют одинаковый шаг, но различные профильные углы. Следовательно, профиль среза головки зуба колеса представляет собой эвольвенту, пересекающуюся с основным эвольвентным профилем в точке начала среза.