Червячные фрезы

Применяют для нарезания зубчатых колес наружного (частично внутреннего) зацепления с прямыми, косыми (винтовыми), шевронными зубьями, а также червячных колес.

Классификация:

1. По типу нарезаемых колес:

• для нарезания колес с прямым и винтовым зубом;

• для нарезания колес червячных;

• для нарезания конических колес с криволинейным зубом;

• для нарезания шлицевых валов с прямобочным профилем.

2. По способу крепления:

• насадные;

• хвостовые.

3. По конструкции:

• цельные;

• сборные.

4. По направлению витков червяка:

• правые;

• левые.

5. По числу заходов червяка:

• однозаходные;

• многозаходные (двух– и трехзаходные).

6. По материалу режущей части:

• быстрорежущие: Р18; Р12; Р6М5;

• твердосплавные: ВК8; ВК8М; Т5К10; Т15К6;

• минералокерамические: ВОК – 63; В3;

• сверхтвердые: (СТМ): гексанит – Р.

7. По степени точности нарезаемых колес:

• черновые;

• чистовые;

• особоточные прецизионные.

Любая червячная фреза может быть представлена как червяк, снабженный продольными (чаще винтовыми) канавками, образующими режущие зубья.

Черновые фрезы выполняют обработку зубчатых с оставлением припуска под долбление или шевингование.

Чистовые стандартизованы по типам и основным размерам.

Согласно ГОСТ 9324 – 80 червячные фрезы для нарезания цилиндрических колес изготовляют трех типов и четырех классов точности:

Тип I – фрезы цельные.

Тип II – фрезы цельные общего назначения классов точности А, B, С, D и класса АА экспортного назначения, в основном модулей мм.

Тип III – фрезы сборные общего назначения классов точности А, В, С, D модулей мм.

Кроме того, изготавливают цельнотвердосплавные фрезы классов точности ААА и АА.

Определенный класс точности фрезы предназначен для нарезания зубчатых колес определенной степени точности.

Согласно ГОСТ 1643 – 81 установлены четыре группы норм точности:

• кинематическая точность;

• плавность работы;

• контакт боковых зубьев (пятно контакта);

• боковой зазор между нерабочими поверхностями.

Класс точности фрезы:

ААА – для нарезания зубчатых колес 5 – 6 степени точности;

АА – для нарезания зубчатых колес 7 степени точности;

А – для нарезания зубчатых колес 8 степени точности;

В – для нарезания зубчатых колес 9 степени точности;

С – для нарезания зубчатых колес 10 степени точности;

D – для нарезания зубчатых колес 11 степени точности.

Расчет червячной фрезы для нарезания цилиндрических зубчатых колес

Червячные фрезы общего назначения могут работать с радиальной или тангенциальной подачей (см. рис.166). В последнем случае в конструкции фрезы предусмотрена коническая заборная часть длиною .Это позволяет уменьшить габаритную длину фрезы и улучшить точность обработки.

Рис.166. Фреза с тангенциальной подачей

– длина конической части,

– угол конической части.

Способ тангенциальной подачи необходимо применять во всех случаях, допускаемых конструкциией станка, и при нарезании косозубых колес с углом наклона зуба .

Конструктивные и геометрические

э лементы червячной фрезы

1. Габаритные и основные размеры (рис.167):

• наружный диаметр ;

• длина фрезы ;

• диаметр посадочного отверстия ;

• размеры выточки в отверстии;

• диаметр и длина буртиков и ;

• размеры шпоночного паза по ГОСТ 9472 – 83 в зависимости от величины диаметра отверстия.

2. Геометрия профиля зуба в нормальном сечении:

• профильный угол ;

• модуль ;

• шаг зубьев ;

• толщина зуба по делительному диаметру (по нормали);

• высота головки зуба ;

• высота ножки зуба ;

• высота зуба ;

• радиусы закруглений на ножке и головке зуба фрезы и ;

• размеры канавки во впадине зуба.

3. Число зубьев (по торцовому сечению) и геометрия стружечных канавок:

• задний угол ( , );

• передний угол ;

• величина падения затылка ;

• длина шлифованной части зуба;

• глубина стружечной канавки (высота зуба в торцовом сечении);

• радиус закругления дна стружечной канавки ;

• угол стружечной канавки .

4. Диаметр начальной окружности (параметры червяка), число заходов, геометрия винтовых поверхностей:

• направление витков червяка;

• угол подъема витков фрезы τ;

• направление, угол наклона (подъема) ω, осевой шаг стружечных канавок.

5. Профильные углы в осевом сечении.

Исходные данные для проектирования

червячной фрезы

Модуль зацепления (длина в мм по диаметру начальной окружности, приходящаяся на один зуб колеса: ),

Угол зацепления .

Коэффициенты радиального зазора и высоты головки зуба и ,

Толщины зубьев по нормали на делительной окружности и (индекс „1“ – шестерня — меньшее число зубьев, индекс „2“ – колесо — большее число зубьев).

Величина припуска под дальнейшую чистовую обработку . Можно принять при мм.

Угол наклона зуба на делительной окружности .

Для корригированного колеса ( ) ( ):

,

где - коэффициент коррекции;

- коэффициент головки зуба;

.

Конструктивные элементы цельной червячной фрезы с углом зацепления

Существуют два принципиально разных метода профилирования и измерения профиля зубьев фрезы:

• в нормальном сечении, т.е. в сечении, перпендикулярном (нормальном) витку червяка. И тогда профиль зуба фрезы в этом сечении должен соответствовать рабочему контуру инструментальной рейки – конволютный червяк; трудно проверяемый.

• в осевом сечении, параллельном оси фрезы – архимедов червяк; легко проверяемый и дает меньшие погрешности.

1. Габаритные и основные размеры могут быть выбраны согласно ГОСТ 9324 – 80 и ГОСТ 9472 – 83 (размеры шпоночного паза).

Наружный диаметр может быть рассчитан, как для затылованных фрез. Затем выбирают ближайший из стандартного ряда диаметров (от 40 до 340 мм).

,

где – глубина стружечной канавки;

– размеры тела корпуса в опасном сечении над шпоночным пазом;

– диаметр посадочного отверстия, определяемого из условия прочности державки (по крутящему моменту) и выбираемого из нормального ряда диаметров: 16; 22; 27; 32; 40; 50; 60; 70; 80. Чем больше диметр , тем меньше будут сказываться ошибки профилирования, тем меньше вероятность появления вибраций при фрезеровании, но тогда снижается производительность и появляется излишний расход быстрорежущей стали.

Длина фрезы ,

где – длина рабочей части фрезы;

– длина буртика, равная 3 … 6 мм;

– диметр буртика принимают равным (1,5 … 1,7) .

Длина рабочей части фрезы должна быть не меньше – длины проекции линии зацепления на начальную прямую рейки (рис. 168).

; а проекция ,

Рис.168. К определение

Считают, что фреза может быть переставлена после небольшого притупления вдоль оси на один – два шага. Следовательно, для 20º–и – градусного зацепления:

,

т.е.

2. Геометрия зуба в нормальном сечении:

• Профильный угол ;

• Модуль нормальный ;

• Шаг зубьев ;

• Толщина зуба по нормали ;

• ;

• , т.к. , .

Для черновой фрезы целесообразно высоту головки зуба выполнять больше высоты головки зуба чистовой фрезы на величину , если конструкция нарезаемого колеса допускает наличие уступа в его впадине.

• – чистовая фреза;

• – черновая фреза;

• .

У фрез со шлифованным профилем зубьев по дну впадины выполняется канавка для облегчения работы и уменьшения износа вершины зубьев (рис.169).

Рис.169. К определению размеров канавки

Ширина канавки ; глубина мм; радиус закругления дна канавки мм.

3. Число зубьев по окружности и стружечных канавок:

, где ,

или выбирают по ГОСТ 9324 – 80 в зависимости от модуля с учетом типа фрезы: 16, 14, 12, 10, 8 (при мм.)

• Задний угол на боковых сторонах профиля – для затылованных фрез; для незатылованных – применяют до .

• Задний угол при вершине α_в (на вершинной режущей кромке):

,

где – угол зацепления.

• Величина затылования (см. рис. 167):

• Величина добавочного затылования (для шлифования фрез) (рис.170):

– для прецизионных фрез;

– для фрез общего назначения.

5

Рис.170. К определению размеров стружечной канавки и зуба

– длина шлифованной части зуба:

длины зуба по наружной окружности (при мм);

длины зуба по нагруженной поверхности (при мм).

– для нешлифованных фрез;

– для шлифованных фрез, где – радиус закругления стружечной канавки ( мм).

Угол стружечной канавки .

Передний угол – чистовые фрезы; – черновые фрезы; на боковых кромках .

Форма впадины зуба проверяется и уточняется прочерчиванием; обращается внимание на размещение стружки во впадине и на прочность зуба.

4. Диаметр начальной окружности d_w:

В литературе встречается выражение: “средний расчетный диаметр”. Этот диаметр является условным и принимается в сечении, отстоящем от передней поверхности на , где – окружной шаг.

– для шлифованных фрез;

– для нешлифованных фрез.

• Число заходов :

– для прецизионных фрез;

(редко) – для черновых фрез.

Многозаходные фрезы производительнее, но они не дают точного профиля зуба нарезаемого колеса.

• Угол подъема витков червяка (фрезы) :

,

где – начальный (делительный) диаметр;

– число заходов.

• Направление витков: если нарезаемое колесо прямозубое или косозубое с правым направлением зубьев, то направление витков фрезы принимают правым. Если косозубое колесо с левым направлением зубьев, то у червяч-ной фрезы направление витков также должно быть левым.

• Осевой шаг витков:

.

• Осевой ход витков фрезы (для многозаходных):

.

• Направление стружечных канавок берется противоположным направлению витков фрезы. При угле подъема витков стружечные канавки можно выполнять не винтовыми, а прямыми. Это упрощает заточку.

• Угол наклона винтовых стружечных канавок равен углу подъема витков фрезы с целью обеспечения одинаковых передних углов и одинаковых условий резания на обеих боковых сторонах зуба.

• Осевой шаг винтовых стружечных канавок :

5. Профильные углы в осевом сечении (см. рис.171):

• При прямых стружечных канавках:

.

• При винтовых стружечных канавках:

,

, где верхние знаки относятся к правозаходным фрезам, нижние – к левозоходным.

6. Угол установки фрезы на станке :

, где – угол наклона зуба на делительной окружности; – угол подъема витков фрезы.