книги из ГПНТБ / Иноземцев Г.Г. Обработка цилиндрических зубчатых колес фрезерными головками методом непрерывного деления
.pdfзатылованными зубьями эвольвентного профиля и черновые дисковые фрезы.
Первые могут служить для предварительного и для окон чательного нарезания, однако по причине их низкой точности при чистовом зубонарезании они применяются только для индивидуального неточного производства. Связано это с тем, что при чистовом нарезании теоретически необходимо иметь специальную фрезу для каждого модуля и профильного угла, а также для каждого числа зубьев нарезаемого колеса, что экономически нецелесообразно. Поэтому применяют комплек ты, состоящие из 8, 15 .или 26 штук. Каждая фреза комплекта предназначена для нарезания колес с числом зубьев в опре деленных границах.
Профиль фрезы каждого номера соответствует профилю впадины колеса, с числом зубьев, наименьшим в соответствую щем этому номеру диапазоне. Благодаря этому меньше опас ность защемления парного колеса и процесс зацепления проте кает лучше, нежели при проектировании по среднему или большему числу зубьев того же диапазона.
Цельные дисковые модульные фрезы с затылованными зубьями изготавливают из быстрорежущей стали.
Для нарезания зубчатых колес больших модулей, в целях экономии дорогих инструментальных сталей, применяются сборные дисковые фрезы. Зубья у этих фрез вставные и могут быть заменены после износа.
Черновые дисковые фрезы с затылованными зубьями в основном повторяют конструкцию чистовых фрез, отличаясь от них менее точно выполненным профилем и меньшим коли чеством номеров фрез в наборе для каждого модуля. Так, для грубых обдирочных работ рекомендуется комплект из трех фрез [1].
Кроме того, часто у черновых фрез профиль зуба по тол щине несколько занижается против расчетного. Это дает воз можность на черновом проходе прорезать впадину зуба на полную глубину, оставляя на чистовой проход припуск толь ко по боковым профилям нарезаемого зуба. Последнее облег
чает условия работы чистовой |
фрезы, повышает ее стойкость |
и производительность, а также |
чистоту и точность обработки. |
Стандартные дисковые зуборезные фрезы с затылованны ми зубьями для черновой обработки в настоящее время при меняются только при отсутствии специальных черновых фрез по причине их низкой стойкости и производительности.
Низкая стойкость и производительность этих фрез обус-
Ю
ловлены малым наружным диаметром несоответственно малым числом зубьев фрез, нулевым передним углом, малыми задни ми углами на боковых сторонах зубьев. В связи с этим различ ными научно-исследовательскими организациями, заводскими •конструкторскими бюро и отдельными исследователями были проведены изыскания в этой области.
Работы велись в двух направлениях: улучшение конструк ции и геометрии общепринятых фрез и создание новых конст рукций черновых дисковых фрез.
В результате изысканий в первом направлении были разра ботаны фрезы с увеличенными наружным диаметром, диамет ром посадочного отверстия и числом зубьев. Были созданы также конструкции черновых фрез с положительным передним углом и фрезы с разнонаправленными зубьями. Разнонаправ ленное расположение зубьев позволяет получить также и на боковых режущих лезвиях положительные продольные перед ние углы [63].
Результатом изысканий во втором направлении явилось создание черновых сборных дисковых фрез с острозаточенны ми разнонаправленными зубьями прямобочного профиля. Эти фрезы обеспечивают значительно большую производитель
ность, чем фрезы с затылованными зубьями, и на 20% боль шую по сравнению с червячными фрезами. Кроме того, они проще и дешевле в изготовлении [48].
Более спокойная работа черновых дисковых фрез с острозаточенными зубьями по сравнению с фрезами с затылованны ми зубьями, отсутствие ударов и вибраций позволяет при до статочной мощности привода и жесткости СПИД вести обра ботку комплектом, состоящим из двух, трех и даже четырех фрез, т. е. применять различные схемы резания [44, 48, 60].
Стремление к повышению производительности зубофрезерования за счет увеличения режимов резания, к повышению стойкости фрез привело к созданию дисковых фрез, оснащен ных пластинами твердого сплава. Изготовление фрез, осна щенных твердым сплавом, с криволинейным (эвольвентным или по дуге окружности) профилем, как у фрез из быстроре жущей стали, не нашло распространения из-за значительных трудностей шлифования фасонного твердосплавного инстру мента, поэтому такие фрезы изготовляют с прямолинейными режущими кромками. Такая форма позволяет легко осуществ лять их заточку по задним поверхностям на обычном заточ ном станке. Применяются они для предварительного п'рорбзания впадин.
Н
Крепление твердосплавных пластин производят пайкой непосредственно к корпусу фрезы или к ножам, которые в дальнейшем механически закрепляют в корпусе фрезы. Пред почтение отдается второму способу крепления, так как он обеспечивает быструю замену затупившихся ножей, а также предварительную (а иногда и окончательную) их заточку в специальных приспособлениях вне корпуса фрезы.
В связи с тем, что современные зубофрезерные станки имеют относительно невысокие числа оборотов шпинделя, использовать стойкостные возможности черновых дисковых твердосплавных фрез не удается. Поэтому станки, как прави ло, подвергаются модернизации. Изготавливается специаль ный суппорт, на шпинделе которого закрепляется фреза и при вод ей сообщается от отдельного электродвигателя [43].
Исследования динамики зубонарезания дисковыми фреза
ми, а также влияния |
различных факторов |
на их стойкость |
отражены в работах |
М. П. Аленина [5, 6], |
П. Т. Вагина [8], |
Я. X. Костюкова [31], Д. К. Маргулиса [43] |
и других. |
|
Таким образом, при обработке зубчатых колес дисковыми фрезами применение фрез новой конструкции, с новой геомет рией, оснащение их твердым сплавом позволяет значительно повысить производительность зубонарезания по сравнению с производительностью дисковых стандартных фрез нормально го ряда с затылованными зубьями эвольвентного профиля.
3. ОБРАБОТКА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ЧЕРВЯЧНЫМИ ФРЕЗАМИ
Нарезание зубьев червячными фрезами благодаря универ сальности, достаточно высокой производительности и точно сти процеса находит наиболее широкое применение при обра ботке цилиндрических колес.
В процессе зубофрезерования прямолинейные режущие кромки червячной фрезы воспроизводят в пространстве траек тории движения зубьев рейки, зацепляющейся с колесами, или, точнее говоря, образуют с колесом винтовую пару на скрещи вающихся осях.
Нарезание зубьев производится методом обкатки на уни версальных зубофрезерных станках.
Обработка зубчатых колес модулей от 3 до 12 мм произво дится черновыми и чистовыми проходами, а модулей выше 12 мм — двумя черновыми и чистовым проходами. При этом в серийном производстве черновые и чистовые фрезы обычно
12
различаются не только по конструкции, но и по размерам зубьев. Черновые фрезы прорезают впадину полной глубины, оставляя припуск лишь по ее боковым сторонам на чистовой проход. Даже в мелкосерийном производстве применение для черновой и чистовой обработки одних и тех же фрез техниче
ски и экономически не обосновано.
Как инструмент, червячная фреза представляет собой соот ветствующим образом спрофилированный червяк с режущими зубьями, имеющими передние и задние углы. В зависимости от основного червяка, т. е. Червяка, на основе которого проек тируется фреза, различают три типа фрез: эвольвентные, с прямолинейным профилем в осевом сечении (архимедов чер вяк), с прямолинейным профилем в сечении, перпендикуляр ном к витку или к впадине (конволютный червяк).
Зубчатые колеса с эвольвентным профилем зубьев могут правильно зацепляться только с эвольвёнтным червяком, вит ками которого являются эвольвентные винтовые поверхности. Червяки других типов теоретически правильно с зубьями эвольвентного профиля не зацепляются. Поэтому режущие кромки червячной фрезы должны лежать на поверхности эвольвентного червяка.
Профиль режущей кромки зуба фрезы, спроектированной на базе эвольвентного червяка, криволинейный. Для того, чтобы и у переточенной фрезы режущие кромки находились на винтовой поверхности эвольвентного червяка, необходимо при затыловании сообщить инструменту движение вдоль оси фрезы.
Осевое затылование трудно осуществимо технологически. Оно не обеспечивает постоянства профиля зубьев при пере точках и, кроме того, его можно применить только для боко вых сторон зубьев и нельзя применить для периферийных кромок.
Применяемое в настоящее время радиальное затылование обеспечивает правильность образования задних винтовых по верхностей зубьев только при прямолинейном профиле режу щей кромки. Поэтому червячные фрезы для цилиндрических колес проектируются по приближенным методам. При этом теоретически точный эвольвентный червяк заменяют червя ком с прямолинейным профилем в осевом сечении — архимедо вым червяком или червяком с прямолинейным профилем в нормальном сечении — конволютным червяком (рис. 2). Заме ну стремятся произвести так, чтобы погрешности профилиро вания были незначительными.
13
Проектируя червячную фрезу иа базе архимедова червя-' ка, криволинейный профиль эвольвентного червяка в осевом сечении заменяют прямой линией. Эта прямая проводится или через две точки криволинейного профиля эвольвентного чер вяка, или является касательной к нему в точке, расположенной на делительном цилиндре.
Профилирование червячных фрез по нормальному сечению
ведут тремя путями. В первом случае |
профиль |
фрезы выби |
|
рается прямолинейным в нормальном |
сечении |
по впадине, |
|
т. е. в сечении, перпендикулярном к средней |
линии впадины |
||
резьбы исходного червяка, расположенной |
на делительном |
||
цилиндре. Во втором случае профиль фрезы выбирается пря молинейным в нормальном сечении по витку. В третьем случае профиль фрезы выбирается прямолинейным в плоскости, пер пендикулярной к винтовой линии пересечения боковой поверх ности исходного червяка и делительного цилиндра.
Приближенность профилирования снижает точность про филя зубьев нарезаемых колес.
Фрезы с прямолинейным профилем в сечении, перпендику лярном к витку, имеют наибольшее распространение при наре зании цилиндрических зубчатых колес. Фрезы архимедовы с прямолинейным профилем в осевом сечении применяются в случаях более высоких требований к точности профиля зубьев нарезаемых колес. Фрезы эвольвентные и с архимедовым
14
червяком применяются главным образом для фрезерования червячных колес. Причем, в виду сложности изготовления эвольвентных фрез предпочитают фрезы с архимедовым чер вяком.
Для обеспечения резания у зубьев фрез создают передние и задние углы. У чистовых фрез передний угол при вершине зуба принимают равным нулю. Для получения на обеих сто ронах зубьев одинаковых передних углов продольные канавки на фрезе делают винтовыми. Передняя поверхность канавок располагается нормально к виткам по среднему расчетному цилиндру, т. е. на расчетном цилиндре угол наклона канавок равен углу подъема витков.
Иногда червячные фрезы изготавливают с прямыми канав ками, параллельными оси фрезы. Это упрощает заточку фре зы, но передние углы на боковых сторонах профиля зубьев получаются различными для правой и левой сторон зубьев. С одной стороны передний угол увеличивается на величину угла наклона канавок, а с другой стороны уменьшается на ту же величину. Обычно канавки, параллельные оси, делают у фрез
суглами подъема витков не более 3—5°.
Сувеличением переднего угла при вершине зубьев ув улуч шаются условия резания, но искажается профиль зуба наре
заемого колеса, если профиль зубьев фрезы не скорректиро ван.
Вработе [18] показано, что можно делать чистовые фрезы
ис положительным ув, но в этом случае профиль фрезы дол жен быть определен расчетом.
При уиХ ) передний угол на боковых режущих кромках можно определить по приближенной формуле [60].
,Яф ,
^Тбс —
где Яф— наружный радиус фрезы;
Rс— расстояние от оси фрезы до точки С, в которой рас сматривается угол;
а — угол профиля зуба фрезы.
Расчеты показывают, что передний угол на боковых режу щих кромках значительно меньше переднего угла на вершин
ных режущих кромках. Так, при ув— 10° и а=20°, уб равен примерно 3°3(У.
Задние углы на вершине и на боковых сторонах зубьев со здаются, как уже сказано, их затылованием по архимедовой спирали. Задний угол на вершине зависит от величины затылования к. Зависимость между ними определяется формулой
15
/С=— tgCLg
'Ф |
|
Данная формула устанавливает величину |
заднего угла ап |
в сечении, перпендикулярном оси фрезы. |
в сечении, пер |
Задний угол на боковой режущей кромке |
пендикулярном к ней (без учета влияния угла подъема вин товых канавок), определяется по формуле
, |
^Ф J. |
tg*6c |
* ЗІПЛ |
Анализ этой формулы показывает, что даже при значитель |
|
ной величине заднего угла |
при вершине 'ав задний угол на |
боковой режущей кромке получается недостаточным. Так при а в= 1 0 —12° и а=20°, аб = 2 —3°. Это является одним из глав ных недостатков червячных фрез с затылованными зубьями.
В целях экономии быстрорежущей стали червячные фрезы изготавливают сборными. Некоторые конструкции сборных червячных фрез позволяют улучшить технологичность шлифо вания профиля, улучшить заточку и увеличить задние углы. Цельные фрезы больших модулей изготовить высокого качест ва вообще невозможно, так как невозможно получить качест венные заготовки быстрорежущей стали больших размеров. Поэтому их изготавливают со вставными гребенками или со вставными ножами.
Число зубьев сборных червячных фрез приходится прини мать меньше, чем цельных. Это объясняется необходимостью разместить детали крепления и обеспечить необходимую кон структивную толщину как новых, так и переточенных ножей.
Вследствие этого условия резания |
сборных фрез ухудшаются |
и уменьшается количество резбв, формирующих зуб колеса. |
|
Для обеспечения размещения |
большего числа реек сбор |
ные червячные фрезы делают большего диаметра, чем диаметр цельной фрезы того же модуля.
Винтовые рейки и соответственно винтовые пазы под них
вкорпусе фрезы технологически выполнить невозможно. По этому применяют призматические рейки, которые закрепляют
впрямолинейные, наклонно расположенные пазы корпуса. Это, в свою очередь, приводит к тому, что после придания пе редней поверхности зубьев винтовой поверхности из-за откло нения ее от косой прямолинейной опорной поверхности реек получается изменение рабочей толщины зубьев по длине фре зы и поэтому величина стачивания зубьев и толщина реек по-
16
лучается меньше, чем у цельных фрез. Для устранения этого иногда пазы под рейки и переднюю поверхность зубьев (как об этом говорилось) располагают 'параллельно оси фрезы.
В практике применяются различные конструкции сборных червячных фрез [22, 51, 60].
Конструкцию стандартных червячных фрез, с точки зрения их эксплуатационных качеств, нельзя считать совершенной. При суммарной длине режущих кромок стандартной червяч ной фрезы, в несколько раз большей, чем у любого другого 'Инструмента, лишь сравнительно небольшая ее часть (У зо— V 2 5 ) принимает участие в работе.
Периферийные и боковые режущие кромки зубьев фрезы загружены неодинаково. При обработке зубчатых колес с большим числом зубьев объемы металла, удаляемые перифе рийной и обеими боковыми режущими кромками, примерно равны. Но если учесть, что суммарная длина двух боковых ре жущих кромок значительно больше длины периферийной кромки, то становится очевидным, что толщина стружки, снимаемой периферийной кромкой, в несколько раз больше
толщины стружки, снимаемой боковой |
режущей |
кромкой |
(рис. 3). Здесь Цср — средняя толщина стружки [30]. |
|
|
В силу большей загрузки периферийных режущих кромок |
||
износ их в несколько раз больше износа |
боковых |
режущих |
2. Заказ 1826
кромок. Загрузка отдельных зубьев фрезы также неравно мерна. Последнее объясняется тем, что в процессе зубонарезапня между вращением заготовки и вращением фрезы уста навливается жесткая кинематическая связь. В силу этого каж дый зуб червячной фрезы в каждой обрабатываемой впадине срезает слой определенной формы и размера.
Исследованием кинематики процесса резания червячными фрезами занимались многие авторы. Наиболее полно этот во прос освещен в работах Г. И. Когана [30] и А. Г. Шмулевича [83, 84, 85, 86, 87].
Во всех исследованиях наибольшее внимание уделялось черновой обработке, поскольку она занимает значительное время всей обработки зубчатых колес и ее интенсивность силь но влияет на производительность зубофрезерования.
На рис. 4 приведены схемы срезания слоев металла пери ферийными кромками зубьев фрезы при нарезании прямозу бых колес со встречной (рис. 4, а) и с попутной (рис. 4, б) по дачей [52].
Здесь 1 — поверхность резания, 2 — траектории средних периферийных кромок, 3 — направление подачи фрезы, 4 — на правление вращения фрезы, 5 — последовательные положения зубьев фрезы в процессе обкатки. Схемы построены по графо аналитическому методу.
Положения траекторий средних точек периферийных зубь ев фрезы показаны в плоскости, проведенной через ось сим метрии впадины колеса. С этой плоскостью условно совмеще ны траектории отдельных зубьев на всем их протяжении, а также положения мгновенных центров этих траекторий (точки Оо, Оі, Ог...). Криволинейные полоски, ограниченные двумя смежными траекториями, изображают слои металла, срезае мые отдельными периферийными кромками.
Схемы, прежде всего, различаются тем, что при встречной подаче слои срезаются от дна впадины, а при попутной — от наружного цилиндра заготовки. При рассмотрении схем среза ния слоев видно, что слои наибольшей толщины срезаются зубьями, первыми вступающими в резание. Толщина слоев, срезаемых последующими зубьями, уменьшается.
В пределах практически применяемых подач, при прочих равных условиях, максимальные толщины срезаемых слоев при работе с попутной подачей получаются несколько мень шими, чем при работе со встречной подачей. Однако углы кон такта зубьев фрезы с заготовкой, а следовательно длины сре-
Рис.
2
19