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

Учитывая это, в первую очередь представляет интерес сни­ жение основного технологического времени за счет уменьше­ ния времени врезания. Это достигается сокращением пути врезания, т. е. заменой осевого врезания радиальным.

Путь, проходимый головкой при осевом врезании, посколькуугол ее установки б мал и длина фрезы небольшая, достаточ­ но точно можно определить по формуле L=~\/h(Dr—h). Длина пути радиального врезания равна высоте зуба, т. е. Lp = /i.

Расчеты показывают, что при замене осевого врезания ра­ диальным (при прочих равных условиях) путь врезания сокра­ щается в несколько раз и это сокращение тем больше, чем меньше модуль обрабатываемого колеса.

Так, например, при обработке колеса т = 3 мм и Rr= 98 мм Lp — 2,2 т =6,6 мм, а L —35,4 мм\ при том же значении Rr и при т — 10 мм Lp= 22 мм, а L = 61,9 мм.

Таким образом, при обработке колес модулей 3—10 мм за­ мена осевого врезания радиальным дает сокращение пути вре­ зания в 3—5,3 раза.

Во столько же раз можно было бы сократить и время вре­ зания при условии, чтобы процесс врезания осуществлялся за один оборот заготовки.

Однако эксперименты, проведенные по обработке зубчатых колес с радиальным врезанием, показывают,-что практически осуществить радиальное врезание за один оборот заготовки неудается из-за чрезмерного возрастания нагрузки на зубья фрезы, так как объемы металла, удаляемые из впадин за вре­ мя полного врезания независимо от способа врезания, одина­ ковы.

Опытами установлено, что нагрузку на зубья фрезы при радиальном врезании можно снизить двояко: во-первых, сни­ жая подачу на оборот заготовки, т. е. растягивая процесс вре­ зания на 1,5—2 оборота, во-вторых, уменьшая максимальнуютолщину срезаемых слоев, т. е. при определении числа оборо­ тов головки п2принимать при обработке стали 45 аШах=0,15— 0,2 мм, а при обработке серого чугуна ат ах=0,2—0,25 мм.

Меньшие значения подач и максимальной толщины срезае­ мых слоев следует принимать при обработке колес больших. модулей, большие значения — при обработке колес меньших модулей.

Замена осевого врезания радиальным обеспечивает сокра­ щение времени врезания в 1,5—2 раза без снижения стойкостиинструмента.

150

Снижения основного технологического времени можно до­ биться также за счет применения фрезы не с одним, а с двумя или с тремя рядами зубьев, смещенными друг относительно друга вдоль оси фрезы на расстояние, равное шагу нарезае­ мых зубьев, так как в этом случае цепь деления станка наст­ раивается как при обработке двухили трехзаходной фрезой и стол станка при этом вращается в два или в три раза бы­ стрее.

При достаточной жесткости системы СПИД и достаточной мощности привода фрезы такой вариант обработки зубчатых колес может обеспечить повышение производительности зубофрезерования кратно числу рядов зубьев фрезы.

Вэкспериментах с применением фрез с несколькими ряда­ ми зубьев, устанавливаемых на головке, конструкция которой описана выше, получить такого повышения производительно­ сти зубофрезерования не удалось.

Возросшие усилия резания вызывали вибрации, устранять которые приходилось снижением величины подачи или умень­ шением максимальной толщины срезаемых слоев.

Так, например, опыты показали, что станок 5Е32 и головка описанной конструкции позволяют вести обработку стальных зубчатых колес модулем до 5 мм фрезой с двумя рядами зубь­ ев с максимальной толщиной срезаемых слоев равной 0,2 мм,

афрезой с тремя рядами зубьев — 0,15 мм.

Врезультате при обработке по четвертой схеме нарезания

колес модуля 5 мм из стали 45, со скоростью резания 200 м/мин, с подачей 5 мм/об. стола, при параметрах головки /?г=95 мм, R0= 38 мм и фрезы R$ = 57 мм, 2ф=12 числа оборотов головки были следующими:

повышение производительности в 1,6 раза, а применение фре­ зы с тремя рядами зубьев — в 1,8 раза.

Очевидно, большая жесткость системы СПИД обеспечит обработку с большей максимальной толщиной срезаемых сло­ ев и повысит эффективность применения фрез с несколькими рядами зубьев.

151

С точки зрения повышения производительности зубофрезерования еще больший интерес представляет вариант обработ­ ки несколькими фрезами с одним рядом зубьев, установленны­ ми на головке равномерно по окружности в одной плоскости,, перпендикулярной оси головки (см. рис. 6, б ).

Конструкция головки при этом несколько усложняется, но применение этого варианта позволяет вести обработку также как многозаходной фрезой, т. е. как и при использовании фрез

снесколькими рядами зубьев или червячных многозаходных фрез.

Этот вариант зубофрезерования имеет преимущества и перед обработкой фрезами с несколькими рядами зубьев и пе­ ред обработкой червячными многозаходными фрезами.

Каждый ряд зубьев многорядиой фрезы обрабатывает свою впадину, но контактируют с заготовкой они одновремен­ но. За счет этого и возрастают усилия резания, которые при недостаточной жесткости системы СПИД могут привести к по­ явлению вибраций, устранять которые приходится уменьше­ нием максимальной толщины срезаемых слоев, что снижает производительность зубофрезерования.

Умногозаходных червячных фрез количество зубьев обра­ батывающих впадину меньше, чем у однозаходных, поэтому толщины срезов, снимаемых их режущими кромками при оди­ наковых условиях обработки, больше.

Во избежание перегрузки режущих кромок зубофрезерование многозаходными червячными фрезами ведут на значитель­ но меньших подачах, чем подачи, применяемые при обработке однозаходными червячными фрезами. Это также приводит к снижению производительности зубофрезерования многозаход­ ными червячными фрезами.

Вариант обработки зубчатых колес данным методом не­ сколькими фрезами с одним рядом зубьев не предъявляет по­ вышенных требований ни к жесткости системы СПИД, ни к мощности привода фрез, не вызывает он также и необходимо­ сти уменьшения максимальной толщины срезаемых слоев.

Усилия резания в случае применения этого варианта обра­ ботки остаются такими же, как и при обработке одной фрезой

содним рядом зубьев, так как фрезы работают последова­ тельно одна за другой и количество зубьев каждой фрезы, обрабатывающих свою впадину, остается таким же, как и при обработке одной фрезой с одним рядом зубьев.

Применение этого варианта обработки по сравнению с зубонарезанием одной фрезой с одним рядом зубьев сокращает

152

постъ повышения производительности зубонарезания новым методом.

Общая нагрузка на зубья фрезы зависит от объема метал­ ла, удаляемого ими из впадин за единицу времени. Однако за время контакта фрезы с заготовкой зубья фрезы загружены неравномерно. Наиболее нагруженными являются те, которые снимают срезы наибольшей толщины и длины.

Максимальная толщина у срезов, снимаемых первыми кон­ тактирующими с заготовкой зубьями. У срезов, снимаемых последующими зубьями, она постепенно убывает.

Длина срезов сначала возрастает до какой-то определен­ ной величины, а затем начинает убывать.

При определенных конструктивных параметрах головки Rr, Ro и фрезы R(\h 2 ф, а также принятой скорости резания и глубине фрезерования максимальная толщина срезаемых сло­ ев зависит от величины подачи s и числа оборотов головки лг.

Всилу этого при назначении режимов резания (s и пг) следует в первую очередь учитывать общую нагрузку на зубья фрезы, а затем устанавливать допустимую максимальную тол­ щину слоев.

Расчеты и опытные данные показывают, что при предва­ рительном прорезапии впадин в целях повышения производи­ тельности зубонарезания выгоднее общую нагрузку на зубья фрезы устанавливать за счет подачи. При работе с большими подачами длина и толщина срезов, снимаемых различными зубьями, более равномерна. Максимальную толщину срезае­ мых слоев надо устанавливать за счет числа оборотов го­ ловки.

Вкачестве примера, подтверждающего последнее положе*

ние, приводятся данные назначения числа оборотов головки и подачи при обработке колес из серого чугуна НВ 180—200,.

т — 5 мм, h = 11 мм, ѵ=150 м/мин, /гф=420 об/мин, атах= = 0,35 мм. Параметры головки и фрезы те же, что и в приве­ денных выше в качестве примера опытах по обработке сталь­ ных зубчатых колес модуля 5 мм.

При работе с подачей s = 2 мм/об. стола число оборотов;, головки «г=27,6 об/мин, при работе с подачей s = 5 иім/об. сто­ ла пг=17,2 об/мин.

Следовательно, за счет увеличения подачи с 2 до 5 мм/об­ стояa производительность зубонарезания повышается в 2,5 ра­ за, а за счет снижения числа оборотов головки, ограничивае-

154

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе решен комплекс вопросов, связанных с разра­ боткой и исследованием нового метода зубофрезероваиия цщ линдрических колес.

Решение этих вопросов позволяет заключить следующее: ■1. Новый метод зубофрезероваиия может быть реализован на любом зубофрезерном станке, оснащенном несложным при­

способлением — специальной головкой.

Зубофрезерование новым методом ведется простым по кон­ струкции инструментом — дисковой твердосплавной фрезой.

■Отсутствие жесткой кинематической связи между враще­ нием фрезы и заготовки позволяет сообщать фрезе высокое число оборотов и вести обработку с оптимальной для каждого' -твердого сплава скоростью резания.

За счет высокого числа оборотов фрезы, несмотря.на отно­ сительно кратковременный ее контакт с заготовкой, впадины обрабатывают большое число зубьев фрезы. Это дает возмож­ ность вести зубонарезание на подачах, превышающих подачи, применяемые при зубонарезании стандартными червячными фрезами.

Непрерывность процесса деления при зубофрезеровании новым методом обеспечивает равномерность окружного шага обрабатываемых зубьев.

•2. В результате анализа кинематики процесса резания уста­ новлена относительная загрузка периферийных и боковых ре­ жущих кромок зубьев фрезы. Определены форма и размеры общего слоя металла, удаляемого из впадины за каждый обо­ рот головки, а также форма и размеры слоев, срезаемых от­ дельными зубьями фрезы. Рассмотрены возможные при дан­

157

ном методе обработки и установлены оптимальные схемы на­ резания с учетом стойкости инструмента и производительности зубофрезерования. Выведены зависимости для определения основных параметров резания при зубофрезероваиии по раз­

личным схемам.

3. Рассмотрены вопросы чистоты и точности обработки. Выведены зависимости для определения теоретической вы­

соты остаточных микронеровностей, появление которых вызы­ вается самим методом обработки. Разработана методика и даны зависимости для определения величины разноса впадин. Дан анализ этой погрешности и причин, ее порождающих, на основании чего сделаны практические выводы и рекомендации.

4.Доказано, что новый метод зубофрезерования может быть применим для окончательного нарезания колес относи­ тельно невысоких степеней точности, а также шлицевых вали­ ков с прямобочным профилем. Приведена методика для опре­ деления координат точек профиля зубьев фрезы с учетом вели­ чины разноса впадин, производимой этими точками. Приве­ дены также зависимости для определения величин погрешно­ стей обработки, которые могут возникнуть из-за неточной уста­ новки фрезы относительно заготовки.

5.Проведены экспериментальные исследования нового ме­

тода зубонарезания.

Спроектированная и изготовленная для проведения экспе­ риментов система электропривода станка с бесступенчатым регулированием скорости показала надежность в работе и удобство в эксплуатации.

6.Экспериментальными исследованиями подтверждены теоретические решения, сделанные при анализе нового метода зубофрезерования. Доказано, что оптимальными по стойко­ сти фрез являются четвертая и шестая схемы нарезания.

7.При проведении экспериментов изучен характер износа зубьев фрез и установлен критерий их затупления.

Показано, что износ зубьев происходит преимущественно

по задним поверхностям. Наибольший износ наблюдается по периферийным режущим кромкам в месте сопряжения их с боковыми режущими кромками.

С учетом оптимальной стойкости фрез и производительно­ сти зубофрезерования, в качестве критерия затупления при черновом зубонарезании принят износ в месте сопряжения вершины зуба с боковыми сторонами при обработке стальных колес равный 1 мм, а при обработке колес из серого чугуна — 1,5 мм.

458

Экспериментально установлены оптимальные значения зад­ них углов по вершенным режущим кромкам ав=12° и по боко­ вым режущим кромкам Об— 10°.

8. Исследовано влияние различных факторов на стойкость фрез.

Установлены оптимальные значения максимальной толщи­ ны срезаемых слоев: при обработки стали 45 — ашах=0,25 мм, при обработке серого чугуна — ат ах=0,35 мм.

Опыты п о исследованию влияния скорости резания на. стой­ кость инструмента позволяют рекомендовать при обработке стали применять твердый сплав Т15К6, который при скорости резания 200 м/мин обеспечивает стойкость равную 120 мин, а при обработке серого чугуна — твердый сплав ВК.8, который такую же стойкость обеспечивает при скорости резания

150м/мин.

9.Экспериментально исследовано также влияние различ­ ных факторов на величину крутящего момента.

Установлено, что при обработке стали 45 с повышением скорости резания крутящий момент уменьшается, что можно объяснить повышением температуры в зоне резания и сниже­ нием, за счет этого, прочности обрабатываемого материала, а также работы, затрачиваемой на пластическую деформацию.

При обработке серого чугуна крутящий момент практиче­ ски не зависит от скорости резания; относительная величина крутящего момента при этом в 1,3—2 раза меньше, чем при обработке стали.

Опытами доказано, что влияние максимальной толщины срезаемых слоев, модуля обрабатываемых колес и величины износа зубьев фрезы на крутящий момент при обработке ста­ ли значительно выше, чем при обработке серого чугуна.

Экспериментально установлено также, что применение ■фрез второго типа дает снижение крутящего момента на 12— 15%, а фрез третьего типа на 15—20% по сравнению с фре­ зами первого типа.

10. Проверкой разности и накопленной погрешности окруж­ ного шага зубьев колес, обработанных новым методом, уста­ новлено, что сам метод обработки не увеличивает отклонений указанных параметров точности.

Разность и накопленная погрешность окружного шага зубь­ ев, полученная после предварительного . прорезания впадин новым методом, оказалась такой же, как и у колес обработан­ ных на этом же станке червячной фрезой, и соответствует восьмой степени точности.

159