2.10.3. Порядок расчета инструментов,

работающих по методу копирования

Дисковые зуборезные (модульные) фрезы выполняют для каждого моду­ля наборами из 8, 15 или 26 фрез Для нарезания зубчатых колес с модулем до 8 мм применяют набор из восьми фрез, с модулем свыше 8 мм — набор из 15 фрез, для более точных работ — набор из 26 фрез. Каждая фреза в наборе слу­жит для нарезания колес с определенным числом зубьев. Для построения очертания профиля зуба модульных фрез ВНИИ пред­ложил специальные таблицы значений координат х и у для любой точки про­филя фрезы, отсчитываемых от дна впадины зуба, координат х_ц центров за­круглений по впадине зуба, радиусов закруглений R, а затем точек координат В, С, D, Е профилей зуба. Профиль типа I (рис. 45) предназначен для фрез № 1... 5. Этот профиль состоит из дуги окружности АВ, отрезка прямой ВС и эвольвенты СDЕ.

Рис. 45. Построение профиля дисковых модульных фрез

Профиль типа II предназначен для фрез № 6... 8. Этот профиль состоит из отрезка прямой линии ОА, дуги окружности АВ и эвольвенты BDE. Приведен­ные в таблице значения координат х и у даны для модуля m = 100 мм. Для дру­гих значений модуля табличные значения надо разделить на 100 и умножить на модуль нарезаемого колеса. По рассчитанным координатам выполняют шаблон и контршаблон для проверки профиля изготовляемой фрезы. Для нарезания колес с малыми отклонениями размеров теоретического профиля зуба, а также колес с модификацией профиля зуба применяют индивидуальные фрезы, про­филь которых требует специального расчета.

Пальцевые зуборезные (модульные) фрезы рассчитывают так же, как и дисковые модульные фрезы. Основные размеры пальцевых зуборезных фрез выбирают по справочникам.

2.10.4. Инструменты, работающие по методу обкатки

При нарезании прямых и винтовых зубьев цилиндрических колес по ме­тоду обкатки используют зуборезные долбяки, зуборезные гребенки и червяч­ные модульные фрезы. В процессе нарезания зубьев центроида (являющаяся начальной окружностью у долбяка и начальной прямой у гребенки и червячной фрезы) обкатывается по начальной окружности нарезаемого колеса, а режущие кромки зубьев инструмента образуют боковые стороны зубьев колеса и дно впадины между ними. В результате, независимо от вида режущего инструмен­та, получают зубчатые колеса с одинаковым профилем зубьев.

Зуборезный долбяк представляет собой колесо с эвольвентными зубьями, имеющими режущие кромки, передние и задние углы. Долбяки применяют для нарезания прямозубых, косозубых и шевронных колес наружного и внутренне­го зацепления. По методу закрепления на станке различают долбяки дисковые, хвостовые, чашечные и втулочные. Изготовляют долбяки в основном из быст­рорежущей стали.

На рис. 46, а показана конструкция дискового долбяка для нарезания зубьев колес с наружным и внутренним зацеплением. Передняя поверхность долбяка делается конической. Образующийся на наибольшем диаметре перед­ний угол γ равен 5°. Задний угол α_в на вершине зуба получается при шлифова­нии наружного диаметра D_e долбяка на конус. Обычно α_в = 6...7°. Профиль режущих лезвий во всех осевых сечениях должен быть эвольвентным.

Рис. 46. Дисковые долбяки:

а — прямозубый; б — косозубый

Наличие заднего угла приводит к изменению сечений зуба по его длине. В одном из сечений долбяка размеры сечения его зуба точно соответствуют размерам некорригированного колеса. Это сечение называется исходным, а расстояние его от переднего торца долбяка — исходным расстоянием

α = хт / tg α_в,

где х — коэффициент смещения исходного контура; m — модуль.

Габаритные размеры долбяка определяются диаметром делительной ок­ружности в исходном сечении, числом зубьев z_и и высотой долбяка Н по оси. При выборе z_и стремятся выдержать условие mz_н ~ d_д. Принят следующий ряд номинальных диаметров d_д: 25, 38, 50, 75, 100, 125,160 и 200 мм. Высота дол­бяка Н и размеры крепежно-присоединительной части (диаметр посадочного отверстия d, ширина ступицы b и др.) определяются стандартом.

На рис. 46, б показан дисковый косозубый долбяк, представляющий со­бой косозубое колесо, зубья которого имеют режущие кромки, передние и зад­ние углы. Винтовые линии зубьев долбяка и зубьев нарезаемого колеса проти­воположны по направлению. Угол наклона зубьев β измеряется по делитель­ному цилиндру. Размеры косозубого долбяка определяются по торцовому мо­дулю

m_t = т_n / cosβ,

где т_n — модуль в нормальном сечении.

Зуборезные долбяки изготовляют следующих типов:

1 — дисковые прямозубые долбяки классов точности АА, А и В для 6-й, 7-й и 8-й степеней точности колес;

2 — дисковые косозубые — классов точности А и В для 7-й и

8-й степе­ней точности;

3 — чашечные прямозубые — классов точности АА, А и В для

6-й, 7-й и 8-й степеней точности колес;

4 — хвостовые прямозубые — классов точности А и В для 7-й и 8-й сте­пеней точности колес;

5 — хвостовые косозубые — класса точности В для 8-й степени точности колес.

Основные размеры и технические требования на долбяки для обработки цилиндрических колес должны соответствовать ГОСТ 9323—79.

Технические требования на долбяки для обработки валов и отверстий шлицевых соединений должны соответствовать ГОСТ 6762—79.

Конструирование и расчет долбяка для нарезания прямозубых цилиндри­ческих колес с эвольвентным профилем проводятся по ГОСТ 9323—79 в при­веденной ниже последовательности.

1. Определяют номинальный делительный диаметр долбяка. Стандарт предусматривает диаметры дисковых долбяков 80, 100, 125, 160 и 200 мм. Долбяки целесообразно применять с меньшим делительным диаметром, так как чем меньше этот диаметр, тем меньше вылет режущих кромок относитель­но штосселя станка и более устойчиво закреплен инструмент. Но с уменьшением диаметра делительной окружности увеличиваются искажения профиля зуба (эвольвенты) нарезаемого колеса.

На практике необходимо придерживаться следующих соотношений меж­ду диаметром делительной окружности долбяка и модулем нарезаемого колеса:

Диаметр d_ao, мм.......... 80 100 125 160 200

Модуль т_о, мм.......... 1—5 1 — 8 2 — 10 6 — 10 8 — 12

Обычно при конструировании долбяков тип, класс точности и диаметр делительной окружности долбяков задаются.

2. Определяют основные размеры долбяка: диаметр делительной окруж­ности d₀; диаметр вершин зубьев d_a0; диаметр посадочного отверстия d и вы­точки d₂; высоту долбяка В; ширину ступицы b₁; расстояние исходного сечения от передней поверхности А.

3. Число зубьев долбяка выбирают из ГОСТ 9323—79 или определяют с учетом номинального делительного диаметра долбяка d_o и модуля m, причем предпочтительно принимать четные значения чисел зубьев: z_и = d_o / m.

4. Геометрические параметры при вершине зуба: передний угол γ = 5°; задний угол α = 6°.

Для черновых долбяков задний угол α можно увеличивать до 9...12°.

5. Размеры профиля зубьев долбяков в проекции передней поверхности на плоскость, перпендикулярную к оси, а также размеры по параметрам про­филя в контролируемом сечении принимают из приложения 1 ГОСТ 9323—79.

6. Технические требования на зуборезные долбяки принимают по ГОСТ 9323—79.

Зуборезная гребенка представляет собой зубчатую рейку, зубьям которой сообщают передние и задние углы. По конструкции различают гребенки пря­мозубые (рис. 47, а), предназначенные для нарезания колес с прямыми зубья­ми, и косозубые (рис. 47, б) — для нарезания колес с винтовыми и шевронны­ми зубьями. По способу образования переднего угла гребенки изготовляются двух типов (рис. 47, в).

Рис. 47. Зуборезные гребенки и схема образования

переднего угла

В рабочем положении передний угол на вершине зуба γ = 6° 30', а задний угол на вершине зуба α_в = 5°30'. Угол наклона зубьев косозубой гребенки обычно принимается β = 30°. Размеры профиля определяются торцовым моду­лем m_t. В нормальном сечении т_п = m_t cos β.

Гребенки обычно изготовляются сборными, режущая часть делается из быстрорежущей стали, а корпус — из конструкционной.

Червячная зуборезная фреза (рис. 48) представляет собой червяк, пре­вращенный в режущий инструмент путем перерезания канавками и затылования его витков с образованием соответственно переднего γ и заднего α углов на каждом зубе фрезы. Инструмент состоит как бы из ряда зуборезных гребенок, расположенных по цилиндру с осевым смещением.

Стандартные фрезы этого типа изготовляют на базе так называемого конволютного червяка. В нормальном сечении к направлению витков червяка инструмент имеет прямолинейный профиль исходной зубчатой рейки, т. е. про­филь фрезы не зависит от числа и угла наклона зубьев нарезаемого колеса. Он характеризуется углом профиля α_п = 20°, шагом Р_п = πm, толщиной зуба фрезы по нормали s_n и расчетной высотой зуба и его головки s_n = Р_п — s_д, где s_д —толщина зуба нарезаемого колеса по нормали. Расчетная высота головки зуба фрезы равна высоте ножки зуба колеса, т. е. h'_и = h — h', где h_и и h' — вы­соты зуба и головки зуба колеса. Радиусы закругления зуба колеса у вершины r₁ = 0,2m, у основания r₂ = 0,3m.

При обработке колес с профильной модификацией зуба на ножках зубьев фрезы делается утолщение.

Размеры в осевом сечении фрезы определяются по формулам

Р_ос = Р_п / cos ω, s_ос = s_п / cos ω,

где ω — угол подъема витков фрезы по среднему расчетному цилиндру диа­метра D_t

sin ω = Р / D_t = πm / D_t.

Рис. 48. Зуборезная червячная фреза

Таким образом, при увеличении диаметра D уменьшается угол подъема, что способствует повышению производительности и точности обработки. Это объясняется увеличением числа режущих зубьев по окружности фрезы, улуч­шением условий резания и отвода стружки и большей жесткостью системы СПИД. Однако при этом увеличивается расход режущего материала, стоимость изготовления фрезы, а также крутящий момент от сил резания.

Затылование производится для обеспечения задних углов на вершине и на боковых сторонах зубьев. Величина затылования

,

где z — число режущих зубьев фрезы.

От угла α_в зависят величины углов α_б на боковых сторонах зуба инстру­мента. Для обеспечения благоприятных условий резания необходимо α_б = 2...3°, и тогда α_в = 10...12°.

У фрез со шлифованным профилем необходимо делать двойное затылование (см. рис. 48). Величина второго затылования k₁ = (1,2... ...1,7) k.

Передний угол у чистовых червячных фрез γ_в = 0, а у черновых фрез для улучшения условий резания γ_в = 5...7°. Число стружечных канавок, т. е. число режущих гребенок для фрез обычного назначения, равно 9...12, для прецизи­онных фрез 12...16 и для сборных — 8. У сборной червячной фрезы, оснащен­ной твердосплавными гребенками, они вставлены в пазы корпуса фрезы и за­креплены гайками. Для устранения зазоров в соединении предусмотрены кли­новые прокладки. Твердосплавные гребенки в зависимости от назначения фре­зы могут быть из твердых сплавов ВК6М, ВК8, Т5К10, Т15К6 и др.

Червячные зуборезные фрезы изготовляют пяти классов точности: ААА, АА, А, В и С. Фрезы класса ААА дают наибольшую точность обработки зуба.

Конструирование и расчет червячной фрезы для обработки цилиндриче­ских колес с эвольвентным профилем проводят по ГОСТ 9324—80 в приведен­ной ниже последовательности.

1. Основные размеры фрезы: наружный диаметр фрезы — d_ao; посадоч­ный диаметр отверстия — d; общую длину фрезы — L; длину буртиков — l и число зубьев (число стружечных канавок) z.

2. Размеры профиля зубьев в нормальном и осевом сечениях: шаг профи­ля зуба Р_no, P_xo, толщину зуба s_no; высоту зуба h₀ и другие размеры профиля (рис. 49, а).

3. Расчетные размеры фрезы: угол подъема витка γ_то; угол наклона стру­жечных канавок λ_mo; ход винтовой стружечной канавки P_z; затылование — К. Если зуб червячной фрезы для цилиндрических колес должен иметь специаль­ный профиль, отличающийся от стандартного (α ≠ 20°), то применяют различ­ные методы профилирования, приведенные в специальной литературе.

Рис. 49. Схемы для определения элементов профиля (а)

и затылования зубьев (б) червячной фрезы

4. Шпоночный паз выполняют по ГОСТ 9472—70 *. Для облегчения шлифования отверстий и лучшей посадки фрезы на оправку в нем делают вы­точку глубиной до 1 мм и длиной l ≈ 0,3L.

5. Геометрические параметры режущей части фрезы: передний угол γ = 0; задний угол на вершине зубьев α = 9...12°.

6. Элементы стружечных канавок фрезы (рис. 49, б): глубина канавки Н_к = h + К + r для фрез с не шлифованным профилем и для фрез со шлифованным профилем; здесь h — высота зуба; К— затылова­ние; , где α — задний угол;

К₁ — дополнительное затылование; К₁ = (1,2... 1,5)К; r — радиус дна стружечной канавки.

7. Технические требования на фрезы принимаются по ГОСТ 9324—80Е.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современное развитие металлообрабатывающей промышленности характеризуется повышением требований к качеству обработанных поверхностей, точности размеров и формы поверхностей деталей машин, производительности их изготовления. Решение задач по повышению уровня машиностроения возможно только при условии тщательного изучения теоретических основ металлообработки и, в частности, вопросов повышения эффективности использования режущего инструмента.

В процессе резания инструменты испытывают боль­шие удельные усилия, подвергаются нагреву и износу, поэтому инструментальные материалы должны обла­дать определенными физико-механическими и техноло­гическими свойствами.

При выборе инструментального материала необхо­димо стремиться к оптимальному значению его износо­стойкости с учетом химического состава и прочности, обрабатываемого материала, характера операции и кон­струкции инструмента, жесткости оборудования, воз­можности применения СОЖ и др.

Выбор марок инструментальных материалов связан с различными ви­дами инструментов, работающих по разным кинематическим схемам.

Режущие инструменты предназначены для обработки разнообразных по­верхностей. Эти поверхности классифицируются по конструкторско-техноло­гическим признакам, определяющим требования к точности и качеству их из­готовления. Точность и ка­чество изготовления взаимозависимы и в свою оче­редь зависят от метода обработки и применяемого режущего инструмента. Вы­пускаемый в стране режущий инструмент, а также отдельные его элементы классифицированы по конструктивным признакам и назначению. Использова­ние классификаторов позволяет пра­вильно выбрать нужный инструмент и за­казать его у изготови­телей.

Металлорежущие инструменты имеют большое разнообразие видов и конструктивных разновидностей. У каждого вида инструмента есть свои особенности, которые определяются условиями формообразования детали. Эти особенности в ряде случаев имеют принципиальное значение и должны быть учтены на стадии проектирования.

Несмотря на боль­шое различие отдельных видов инстру­ментов по назначению и конструкции, у них имеется много общего: условия работы, общие конструктивные элементы и способы их обоснования, принципы расчета.

Будущие специалисты в области систем автоматизированного проектирования должны понимать, что задача проектирования режущего инструмента многовариантна. Быстродействие автоматического проектирования позволяет рассматривать все варианты задачи и выбирать из них лучший по некоторому критерию оптимальности. Но применение ЭВМ будет наиболее эффективно тогда, когда специалист имеет подготовку в определенной предметной области и способен осознанно решать расчетно-конструкторские задачи.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Горбунов Б.И. Обработка металлов резанием, металлорежущий инструмент и станки: учеб. пос. для вузов / Б.И. Горбунов. М.: Машиностроение, 1981. 287 с.

2. Иноземцев Г.Г. Проектирование металлорежущих инстру­ментов: учеб. пос. для втузов / Г.Г. Иноземцев. М.: Машиностроение, 1984. 272 с.

3. Инструментальное обеспечение автоматизированного произ­водства: учеб. для машиностроит. спец. вузов / В.А. Гречишников, А.Р. Маслов, Ю.М. Соломенцев и др.; под. ред. Ю.М. Соломенцева. М.: Высшая школа, 2001. 272 с.

4. Маслов А.Р. Инструментальные системы машиностроительных производств / А.Р. Маслов. М.: Машиностроение, 2006. 480 с.

5. Металлорежущие инструменты: учеб. / Г.Н. Сахаров, О.Б. Арбузов, Ю.Л. Боровой и др. – М.: Машиностроение, 1989. 328 с.

6. Нефедов Н.А., Осипов К.А. Сборник задач и примеров по ре­занию металлов и режущему инструменту: учеб. пособие / Н.А. Нефедов, К.А. Осипов. М.: Машиностроение, 1990. 448 с.

7. Режущий инструмент / Д.В. Кожевников, В.А. Гречишников, С.В. Кирсанов и др.; под ред. С.В. Кирсанова. М.: Машиностроение, 2007. 528 с.

8. Справочник инструментальщика / И.А. Ординарцев, Г.В. Фи­липпов, А.Н. Шевченко и др.; под общ. ред. И.А. Ординарцева. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. 846 с.

9. Шатин В.П., Шатин Ю.В. Справочник конструктора-инстру­ментальщика / В.П. Шатин, Ю.В. Шатин. М.: Машиностроение, 1975. 456 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение.............................................................................3

1. Инструментальные материалы.....................................4