книги из ГПНТБ / Иноземцев Г.Г. Обработка цилиндрических зубчатых колес фрезерными головками методом непрерывного деления

Н-102. Во всех случаях обработка велась по четвертой схеме нарезания без применения охлаждения.

На рис. 44 показан пример осциллограммы крутящего мо­ мента, снятой при обработке зубчатого колеса модуля 5 мм из стали 45, фрезой с одним рядом зубьев.

Параметры головки и фрезы: Rr= 95 мм, R0 — 38 мм, /?$= = 57 мм, 2 ф = 10.

Режимы резания: скорость резания о= 200 м/мин, число

При указанных условиях обработки значение угла E N в пе­ риод установившегося резания, определяемое по формуле (49), равно 42°, а количество зубьев фрезы, обрабатывающих впа­ дину за каждый оборот головки, определяемое по формуле (16), равно 50.

Полная длина осциллограммы соответствует периоду по­ ворота головки на угол EN (времени обработки рассматривае­ мой впадины на данном обороте заготовки).

Каждая волна осциллограммы соответствует периоду сия- ■ тия стружки одним зубом (цифрами обозначены номера зубь­ ев), в течение которого крутящий момент возрастает от нуля до максимума, а затем падает от максимума до нуля. Макси­ мального значения крутящий момент (высота волны) дости­ гает когда толщина срезаемого слоя наибольшая. Каждая волна осциллограммы имеет крутой подъем, т. е. возрастание крутящего момента от нуля до максимума происходит в тече­ ние короткого отрезка времени. Это объясняется тем, что при обработке по четвертой схеме нарезания снятие слоев зубья­ ми фрезы начинается с их толстых концов.

Высота волн, расположенных в начале осциллограммы, выше высоты волн, расположенных на ее конце. Это подтвер­ ждает то, что срезы с наибольшей толщиной снимаются пер­ выми обрабатывающими впадину зубьями, у последующих же зубьев толщина срезаемых слоев постепенно убывает.

Осциллограмма подтверждает также и неравномерность-

обработки рассматриваемой впадины на любом обороте за­ готовки возрастает до определенной величины, затем некото­ рое время сохраняет это свое значение, а затем начинает убы­ вать. Это хорошо видно на осциллограмме.

140

Таким образом, записанная при опыте осциллограмма хо­ рошо отражает физическую сущность процесса срезания слоев зубьями фрезы.

Ниже приводятся данные исследований зависимости кру­ тящего момента от некоторых факторов.

А. Влияние скорости резания

Зависимость крутящего момента от скорости резания по­ казана на рис. 45.

Опыты проводились при обработке колес модуля 5 мм. •Стальные зубчатые колеса (кривая 1) обрабатывались со ско­ ростями резания 80, 100, 120, 140, 160, 180 и 200 м/мин, при

•ашах=0,25 мм; колеса из серого чугуна (кривая 2) — со ско­ ростями резания 80, 100, 120, 140 и 150 м/мин, при атах=

=0,35 мм.

В обоих случаях глубина резания принималась равной :2,2 т , износ зубьев не превышал 0,1 мм.

И к р

!5

/4

Икр пГм

іі

9

7

б

5

4

3

0J 0J5 0,2 0J?5 0,35 а max мм

Из графика видно,'что при обработке стали 45 с повыше­ нием скорости резания величина крутящего момента умень­ шается. Это объясняется повышением температуры в зоне ре­ зания и снижением, в связи с этим, прочности обрабатывае­ мого материала и уменьшением работы, затрачиваемой на пла­ стическую деформацию.

141

Влияние скорости резания на крутящий момент выражает­ ся зависимостью

При обработке серого чугуна крутящий момент практиче­ ски не зависит от скорости резания.

Из графика видно также, что относительная величина кру­ тящего момента при обработке стали в 1,8—2 раза больше,, чем при обработке серого чугуна.

Б. Влияние максимальной толщины срезаемых слоев

Результаты исследований влияния максимальной толщины срезаемых слоев на величину крутящего момента при обработ­ ке колес модуля 5 мм приведены на рис. 46.

Стальные зубчатые колеса (кривая 1) обрабатывались со скоростью резания 200 м/мин, при максимальной толщине сре­ заемых слоев ат ах=0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3 мм.

Обработка колес из серого чугуна (кривая 2) велась соскоростью резания 150 м/мин, при максимальной толщине сре­ заемых слоев ат ах=0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35; 0,4 мм.

В обоих случаях износ зубьев не превышал 0,1 мм, а глу­ бина фрезерования принималась равной 2,2 т.

объясняется большим возрастанием работы, затрачиваемой на пластическую деформацию.

Частные зависимости крутящего момента от максимальной толщины срезаемых слоев выражаются формулами:

при обработке стали

Обрабатывались колеса модулей 3, 4, 5, 6, 7 мм. Обработ-

142

обрабатываемых колес значительно ухудшаются условия стружкообразования. Выражается это влияние зависимостями

Г. Вляние износа зубьев

На рис. 48 приведен график зависимости крутящего мо­ мента от величины износа зубьев фрезы.

Исследование влияния величины износа зубьев фрезы на крутящий момент проводилось при нарезании колес модуля 5 мм.

Мкр кГм

/7

/5

13

и

9

7

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,8 (О і3 8мм

Рис. 48

143

При обработке стальных колес (кривая 1) скорость реза­

скоростью резания 150 м/мин, при максимальной толщине сре­ заемых слоев 0,35 мм. Износ зубьев фрезы изменялся от 0,1 до 1,5 мм.

Из графика видно, что при обработке стальных зубчатых колес крутящий момент при увеличении износа от 0,1 до 1,0 мм возрастает примерно на 22%.

Влияние величины износа на крутящий момент выражает­

При обработке колес из серого чугуна крутящий момент при износе зубьев фрезы от 0,1 до 1,5 мм изменяется незначи­ тельно.

Зависимость крутящего момента от величины износа вы­

Д. Влияние типа применяемых фрез

Для выяснения влияния типа применяемых фрез (т. е. схе­ мы деления общего припуска) на крутящий момент испытыва­ лись фрезы первого, второго и третьего типов.

144

Данные испытаний приведены в табл. 2. Из таблицы вид­ но, что фрезы второго типа по сравнению с фрезами первого типа обеспечивают снижение крутящего момента на 12—15%, а фрезы третьего типа — на 15—20%.

Влияние типа применяемых фрез на крутящий момент тем выше, чем больше модуль обрабатываемых колес.

Заметным это влияние становится при обработке стальных колес от модуля 4 мм, а при обработке колес из серого чугу­ на — от модуля 5 мм.

6. ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ

Точность обработки зубчатых колес зависит от метода об­ работки, от точности станка и инструмента, а также от точно­ сти установки инструмента и заготовки.

При нарезании колес пальцевыми и дисковыми модульны­ ми фрезами могут быть получены 9—10 степени точности по ГОСТ 1643—56.

Невысокая степень точности колес по шагу и профилю, получаемая при этом, обуславливается неточностью механиз­ мов деления и неточностью профилирования инструмента.

При нарезании зубчатых колес червячными фрезами на зу­ бофрезерных станках общего назначения без дополнительной отделки может быть достигнута 7-я степень точности при усло­ вии применения прецизионных фрез (класса АА), особо точной установки фрезы и заготовки.

При зубонарезании рассматриваемым методом, как об этом говорилось ранее, профиль обрабатываемых впадин почти соответствует профилю зубьев фрезы. В силу этого фре­ зами с прямолинейным очертанием режущих кромок можно производить только предварительное прорезание впадин.

Известно [55, 70], что отдельные отклонения от точности (погрешности обработки), полученные при черновом зубона­ резании, в значительной мере влияют на точность, получаемую после чистовой обработки. К ним в первую очередь следует от­ нести разность и накопленную погрешность окружного шага зубьев.

Учитывая это, а также для выяснения влияния самого мето­ да зубонарезания на разность и накопленную погрешность окружного шага колеса подвергались контролю по указанным параметрам точности.

Для сравнения эти же параметры точности контролиро­ вались у колес, нарезанных на этом же станке червячной фре­

зой класса А. Последнее делалось для того, чтобы исключить влияние неточностей самого станка на разность и накопленную погрешность окружного шага нарезаемых зубьев.

Контролю подвергались колеса модуля 5 мм, с числом зубьев 20 и .40, которые и в том и в другом случае нарезались за один проход на глубину Іг=1,9, т = 9,5 мм.

Контроль разности и накопленной погрешности окружного шага зубьев производился на приборе УЗП-400 МИЗ.

Данные измерений отклонений указанных параметров при­ ведены в табл. 3, где видно, что ,как колеса, нарезанные чер­ вячной фрезой, так и колеса, нарезанные новым методом, соот­ ветствуют 8 степени точности по ГОСТ 1643—56. Чи­ стота поверхности оказалась в пределах 5—6 класса.

Предварительно нарезанные зубчатые колеса подвергались окончательной чистовой обработке червячной фрезой класса А, при этом впадины прорезались на полную глубину, а затем подвергались повторной проверке на точность.

Производился контроль основного шага, окружного шага и радиального биения зубчатого венда.

Данные о точности колес после повторной обработки при­ ведены в табл. 4. Из нее видно, что после чистового зубофрезерования колеса с числом зубьев 40, как предварительно об­ работанные червячной фрезой, так и обработанные новым ме­ тодом, по указанным параметрам соответствуют 7 степени точ­ ности.

У колес с числом зубьев 20, предварительно нарезанных новым методом, отклонения указанных параметров оказались несколько выше тех, которые соответствуют 7 степени точяо-

146-

сти. Последнее можно объяснить тем, что на точность чисто­ вой обработки оказывает влияние точность профиля зубьев,, т. е. равномерность припуска по профилю зубьев, полученная при черновом зубонарезании.

У колес с числом зубьев 40 кривизна эвольвентного профи­ ля относительно небольшая, поэтому припуск под чистовое на­ резание при использовании фрез с трапециевидным профилем: зуба получается более равномерным. У колес же с'числом зубьев 20 кривизна эвольвентного профиля больше, поэтому влияние неравномерности припуска по профилю зубьев на точность чистового зубонарезания сказывается значительно сильнее. Для подтверждения этого предположения были про­ ведены дополнительные опыты. Предварительное прорезание впадин производилось фрезами третьего типа, т. е. с зубьями,, имеющими разные профильные углы (см. рис. 34).

Кроме того, для повышения равномерности припуска под. чистовое зубонарезание использовался вариант обработки тремя фрезами. Фрезы на головке располагались равномернопо окружности под углом 120°, а в осевом направлении сме­ щались друг относительно друга на 1/3 шага нарезаемых зубь­ ев. Станок при этом настраивался как при обработке однозаходной фрезой.

Говоря об этом варианте обработки, следует отметить, что он обеспечивает примерно такую же равномерность припуска под чистовую обработку, какая получается при применении фрез с зубьями, имеющими разные профильные углы.

После предварительного прорезания впадин у этих колес, они, как и в первом случае, обрабатывались окончательно чер­ вячной фрезой класса А, а затем подвергались проверке на точность обработки по основному и окружному шагу и ради­ альному биению зубчатого венца. Контроль их по указанным параметрам показал, что они (так же как и колеса предвари­ тельно обработанные червячной фрезой) удовлетворяют нор­ мам 7 степени точности.

Как показано ранее, при наличии соответствующим обра­ зом спрофилированного инструмента, новый метод может быть применим для окончательной обработки зубчатых колес отно­ сительно невысоких степеней точности.

Для экспериментальной' проверки этого положения по ме­ тодике, изложенной в главе четвертой настоящей книги, были спрофилированы и изготовлены специальные дисковые фрезы модуля 3 и 5 мм, из быстрорежущей стали Р9, с затылованными зубьями, для нарезания колес с числом зубьев 21 и 35. Этими фрезами обрабатывались зубчатые колеса из текстоли­ та. Обработка велась по четвертой схеме нарезания, за один проход, со скоростью резания 300 м/мин, при подаче. 2— 5 мм/об.стола и максимальной толщине срезаемых слоев 0,5— 1,0 мм.

После обработки колеса подвергались проверке на точ­ ность. Контролировались основной и окружной шаг зѵбьев.

148

радиальное биение зубчатого венца, точность профиля и чи­ стота рабочих поверхностей зубьев.

Данные о точности колес модуля 3 мм приведены в табл. 5. Из нее видно, что отклонения указанных параметров нахо­

дятся в пределах 7—8 степени точности.

При проверке колес установлено также, что профиль впа­ дин зубьев соответствует профилю шаблона, построенного по точкам, координаты которых определялись по формулам (105), (106). Чистота рабочих поверхностей зубьев контролировалась на профилометре—профилографе модели 201 завода «Ка- -чянбр» и соответствовала 6 классу по ГОСТ 2789—59.

Новым методом нарезались также шлицевые валики Д8Х36Х42х • SzX, ГОСТ 1139—58, из стали 45. Обработка ве­ лась за один проход, по четвертой схеме нарезания, со скоро­ стью резания 200 м/мин, при подаче 3 мм/об. стола.

В качестве инструмента применялась дисковая фреза, осна­ щенная пластинами твердого сплава Т15К6, Г>ф=114 мм, 2 ф =

= 12.

Поскольку боковые поверхности шлиц должны иметь пря­ молинейный профиль, то боковые режущие кромки зубьев ■фрезы были также прямолинейными. Профиль зубьев фрезы определялся по профилю обрабатываемых впадин с внесением коррекции, учитывающей их разнос. Проверка точности обра­ ботанных шлиц показала, что размеры впадин соответствуют размерам шаблона, построенного по расчетным точкам, а не­ прямолинейность профиля шлиц в плоскости перпендикуляр­ ной оси валика составляет 0,012—0,015 мм.

Чистота боковых поверхностей шлиц — в пределах 5—6

'класса по ГОСТ 2789—59.

7.ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ

ИТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА НОВОГО МЕТОДА ЗУБОНАРЕЗАНИЯ

Выводы из теоретического анализа кинематики процесса резания и экспериментальная проверка их позволяют систе­ матизировать пути повышения производительности зубофрезерования колес новым методом.

При зубонарезанйи рассматриваемым методом, также как

.и при зубофрезеровании другими методами, основное техно­ логическое время складывается из времени, идущего на вреза­ ние и резание.

В некоторых случаях время врезания может быть равно и

.даже превышать время резания.

149