Особенности расчета червячных фрез для нарезания червячных колес

Для нарезания зубьев червячных колес применяют червячные фрезы с затылованными зубьями и резцы-летучки. Для чистовой обработки применяют червячные шеверы.

Рис.172. Схема зацепления червячной фрезы с червячным колесом

В процессе обработки профиля зуба червячного колеса фреза иммитирует зацепление червяка с колесом (см. рис.172). Поэтому червячная фреза должна иметь размеры, соответствующие размерам червяка по:

• шагу;

• заходности;

• углу подъема витков.

По форме профиля основного червяка червячные фрезы различают:

• эвольвентные,

• архимедовы,

• конволютные (прямолинейные в нормальном сечении).

Наибольшее распространение получили архимедовы фрезы для нарезания червячных колес, сцепляющихся с цилиндрическим червяком (имеют в осевом сечении прямолинейный профиль).

Ввиду того, что червяки имеют сравнительно небольшой диаметр, фрезы червячные также изготовляются малых диаметров (см. рис.173).

1. Т.к. червяк чаще всего многозаходный, то и червячная фреза многозаходная. Поэтому углы подъема витков фрезы получаются значительно большой величины, чем у червячных фрез для цилиндрических колес ( ).

По способу работы червячные фрезы различают:

а) Работающие с радиальной подачей (врезанием).

б) Работающие с тангенциальным врезанием.

В последнем случае фреза имеет заборный конус (см. рис.174), где

или ; длина конуса .

Р ис.173. Общий вид хвостовой червячной фрезы

Рис.174. К определению заборного конуса

2. Диаметр фрезы не может быть выбран произвольно:

,

, где – запас на переточку,

,

где – наружный диаметр червячной фрезы;

– расчетный делительный диаметр червяка;

– средний диаметр червяка;

– коэффициент диаметра червяка; зависит от модуля и числа заходов ( 8; 10; 12,5 и т.д.).

3. Угол подъема витков на делительном диаметре τ:

, где – число заходов червяка.

4. Число зубьев по окружности z_u:

; ( = 14; 12; 10; 8 – уменьшают с увеличением d_au);

– шаг стружечной канавки.

5. Форма и размеры державочной части хвостовой фрезы (хвостовики) выбирают в зависимости от посадочных мест выбранной модели зубофрезерного станка.

Заточка фрез – по передней поверхности послойным шлифованием с помощью точного делительного диска за несколько оборотов инструмента. Биение оправки (для насадных фрез) должно быть минимальным.

Зуборезные долбяки

Применяются для нарезания цилиндрических зубчатых колес с прямыми и косыми зубьями наружного и внутреннего зацепления, а также шевронных колес.

Стандартизованы по типам и основным размерам.

Долбяки делятся на прямозубые, косозубые (для нарезания колес с винтовым зубом).

По конструкции различают:

• дисковые – для обычных прямозубых цилиндрических колес;

• чашечные – для нарезания прямозубых колес в упор;

• хвостовые – для нарезания колес внутреннего зацепления и мелко-модульных колес;

• косозубые – для нарезания косозубых колес;

• косозубые парные – для нарезания шевронных колес;

• втулочные;

• комбинированные.

ГОСТами предусмотрено три класса точности долбяков. Рекомендуемое назначение:

класс АА – для колес шестой степени точности;

класс А – для колес седьмой степени точности;

класс В – для колес восьмой степени точности.

Дисковый долбяк представляет собой режущий инструмент, выполненный в виде зубчатого колеса, имеющего режущие кромки, т.е. имеет углы: – передний, – задний при вершине, – задний боковой (см.рис.175). И поэтому диметры долбяка на различных расстояниях от торца различны.

А

Для нарезания зубчатых колес с эвольвентным профилем необходимо, чтобы произвольная плоскость (II – II, III – III), перпендикулярная к оси долбяка, пересекала бы поверхность зуба по его эволвенте.

Но из-за наличия боковых углов боковая поверхность зуба долбяка является эвольвентной винтовой поверхностью. Из-за наличия угла плоскость переднего торца долбяка обращается в коническую поверхность, в результате чего режущая кромка долбяка уже не будет точно эвольвентной. Но этим искажением на практике пренебрегают из-за малости углов .

Для образования угла , рейка, при помощи которой изготовляется долбяк, должна получать дополнительное движение, перпендикулярное к оси долбяка, на величину Х – абсолютное смещение рейки.

Следовательно, долбяк является корригированным зубчатым колесом, у которого величина смещения производящей рейки Х различна в каждом сечении, перпендикулярном к оси долбяка (от до ).

В плоскости II – II, определяемом на некотором расстоянии от торца долбяка а, смещение исходного контура рейки принимается равным нулю, т.е. = 0 и это сечение называется исходным.

В этом сечении размеры зубьев долбяка – толщина зуба по делительной окружности; высота головки и ножки – равны соответствующим размерам исходного контура.

Исходное расстояние а может быть определено из ΔАВС: ;

– при 20-и – градусном зацеплении, – при 30-и – градусном зацеплении, – при черновом нарезании.

При определении а (после расчета) необходимо произвести проверку долбяка на подрезание ножки зуба колеса и срезание головки. Строго говоря, долбяком можно нарезать зубчатые колеса не с любым числом зубьев. При определенном значении коэффициента коррекции существуют пределы использования долбяка для определенного числа зубьев.

Для стойкости долбяков рекомендуется увеличивать передний угол

– чистовая обработка;

– черновая обработка.

Толщина зуба по делительной окружности S´ в плоскости I–I может быть определена как: . Подставив значения:

; ;

получим:

; ; ;

.

В приведенных формулах приняты обозначения:

и – соответственно высота головки и ножки зуба долбяка;

– диаметр долбяка по окружности выступов в исходном сечении;

индекс ' (штрих) указывает на то, что соответствующая величина рассматривается по торцовой плоскости (сечение I – I).

Посадочный диаметр отверстия дискового долбяка принимают в зависимости от модуля m и номинального диаметра:

20; 31,743; 44,443; 63,5; 88,9; 101,6 мм.

Диаметр делительной окружности , рассматриваемый в исходном сечении, охватывает определенный диапазон модулей. По соответствующим ГОСТам получили распространение долбяки с номинальными делительными диаметрами:

25; 38; 50; 75; 100; 125; 160; 200 мм.

Ширина дискового долбяка В может быть определена как мм,

где – исходное расстояние; – величина стачивание ниже исходного сечения (по ГОСТ… В = 11; 12; 17; 20; 22 … 40 мм).

Для изготовления долбяков применяют инструментальные материалы: Р12; Р18; ВК15; ТТ7К2 (для обработки высоколегированных сталей и сплавов).

Заточка долбяков производится по передней поверхности на универсальном круглошлифовальном или плоскошлифовальном станке с круглым патроном и горизонтальной осью вращения патрона. Возвратно–поступательное движение круга – для получения более чистой поверхности заточки (передней) (см. рис.176).

Боковая поверхность долбяка должна быть прошлифована по эвольвенте. Шлифование производится методом обкатки на специально прецизионном зубошлифовальном станке (см. рис.177). Долбяк устанавливается на оправку, на которой жестко закреплен эвольвентный копир. При вращении оправки копир, опираясь на неподвижный упор, будет передвигать центр долбяка. В результате относительно торца шлифовального круга долбяк будет совершать движение обкатки. Станок имеет делительный механизм.

Комбинированные долбяки

Имеют черновые и чистовые зубья. Толщина зуба по делительной окружности чернового зуба меньше толщины зуба чистового (рис.178):

.

Комбинированные долбяки позволяют разделить черновую и чистовую обработку зубьев так, что черновые зубья работают только для предварительного нарезания впадин, а чистовые – снимают остаточный слой с min нагрузкой и min износом, что повышает точность и стойкость долбяка.

Но при конструировании необходимо учитывать, что диаметр долбяка в 2 – 2,5 раза больше диаметра колеса, что ограничивает применение комбинированных долбяков.

Шеверы

Применяют для чистовой обработки прямо- и косозубых колес наружного и внутреннего зацепления после предварительного их нарезания. Является инструментом частично исправляющим погрешности колес по шагу, профилю, направлению зубьев и биению профиля.

Шевингование производится на специальных станках для окончательной обработки боковых сторон зуба колес путем срезания очень тонких стружек. Процесс напоминает скобление или шабрение.

Шевер представляет собой закаленное зубчатое колесо (дисковый шевер) или закаленную зубчатую рейку (шевер–рейка), или червяк (червячный шевер), на боковых поверхностях которых предусмотрены канавки для образования режущих кромок.

Изготовляются из быстрорежущих сталей, твердых сплавов и абразивных материалов, в т.ч. алмазные; применяются для обработки незакаленных и средне-закаленных сталей (HRC 32 … 40).

Для обработки прямозубых цилиндрических зубчатых колес наиболее распространены дисковые шеверы с косыми зубьями двух типов:

• с режущими кромками, образованными канавками на боковых сторонах зуба;

• с режущими кромками, образованными кольцевыми прорезями по всей высоте зуба (m < 1 мм).

Схемы зубошевингования

Схема шевингования шевером – рейкой показана на рис.179.

Обрабатываемое колесо прижимается с небольшим давлением своими зубьями к зубьям рейки, которая имеет возвратно-поступательное движение, благодаря чему колесо, свободно установленное в центрах, начинает перекатываться по рейке; но т.к. направление движения рейки не совпадает с направлением вращения колеса (на ), это вызывает как бы скольжение зуба колеса вдоль зуба рейки, т.е при перекатывании заготовки из точки А заготовка не попадет в точку С, а проскальзывая, попадет в точку В. За счет этого проскальзывания и соскабливается тонкий слой металла; θ = 10…15º – угол скрещивания осей заготовки и шевера.

Р ис.179. Схема шевингования шевером–рейкой

На рис.180 показана схема шевингования дисковым шевером. При зацеплении шевера с обрабатываемым колесом ось шевера образует с осью колеса угол θ = , вследствие чего при вращении шевера и колеса происходит скольжение зуба колеса вдоль зуба шевера. Стол, с установленным на нем колесом, имеет возвратно-поступательное движение для обработки зуба колеса по всей длине. Для снятия всего припуска колесо имеет радиальную подачу при каждом двойном ходе стола.

Зубчатое зацепление шевера и колеса будет иметь место при шевере, имеющем косые зубья и колесе, имеющем прямые зубья, или наоборот: при шевере, имеющем прямые зубья, и колесе с косыми зубьями.

Скорость относительного скольжения является скоростью резания при шевинговании; эта скорость переменная и зависит от угла скрещивания осей шевера и заготовки. Скольжение увеличивается с увеличением . Но с увеличением уменьшается длина площадок контакта и ухудшается исправляемость колес: ;

Общий вид дискового шевера показан на рис.182.

Режущие кромки образуются канавками, полученными долблением гребенкой в радиальном направлении. Для выхода гребенки в основании впадины зубьев шеверов обычно сверлятся отверстия. Канавки могут быть параллельны торцовой плоскости шевера, наклонными прямо-угольными и трапецеидальными. Размеры канавок должны быть достаточными для размещения стружки (см. рис.181).

– шаг канавки, равный 1,8 мм;

– ширина, равная ширине выступов; мм;

– глубина, равная (0,6 … 1,0) мм.

Угол скрещивания осей шевера и колеса равен сумме или разности углов наклона винтовых линий колес на делительных (начальных) цилиндрах при одноименном или разноименном направлении их обработки. Исходя из этого, угол наклона зубьев шевера на делительном цилиндре определяется из величины углов наклона обрабатываемого колеса , и угла скрещивания .

( ).

Для стандартных шеверов : и .

Восстановление режущих свойств шевера после затупления производится шлифованием профиля зубьев. Необходимый припуск обеспечивается тем, что толщина новых шеверов увеличена против теоретической (расчетной). Т.о. шевер проектируется как колесо с определенной высотной коррекцией. Величина коррекции нового шевера определяется припуском на переточку в нормальном сечении по толщине зуба на обе стороны.

При проектировании шеверов учитывается возможность использования их как при положительной коррекции, так и при отрицательной , т.е. общий припуск на перешлифовку по толщине зуба равен , где Δ – припуск на сторону.

Принимается величина :

мм: мм;

мм: мм;

мм: мм.

Обычно производится не менее четырех перешлифовок. За один раз снимается слой 0,05 … 0,07 мм.

ГОСТ 10222 – 81Е и ГОСТ 8570 – 80Е предусматривают шеверы классов точности АА, А, В соответственно степеней точности колес ст.5; ст.6; ст.7. Шеверы обрабатывают зубчатые колеса модуля мм.

Для шеверов общего назначения, т.е. шеверов для обработки колес с любым числом зубьев, установлены следующие размеры для номинальных диаметров делительной окружности (для различных моделей шевинговальных станков):

; мм; мод.5714 мм;

; мм; мод.571 мм;

; мм; мод.5715 мм;

, мм; мод.5715 мм.

Число зубьев шевера не должно иметь общих множителей и не должно быть кратным числу зубьев обрабатываемого колеса. Этим обеспечивается контакт различных зубьев шевера с одним и тем же зубом обрабатываемого колеса, что приводит к улучшению точности и чистоты обработанной поверхности зуба.

Например для, мм, ; мм, ; мм, .

При расчетах учитывают элементы шевера в торцовом сечении (для косозубого шевера):

; – угол наклона зубьев шевера ( или );

– шаг зубьев (торцовый);

– толщина зуба по делительной окружности;

– торцовый модуль.

Диаметр посадочного отверстия мм.