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

заемых слоев при попутном зубофрезеровании увеличиваются по сравнению со встречным.

Врезание зубьев фрезы в тело заготовки с малым углом врезания при встречном зубофрезеровании происходит с по­ явлением значительных радиальных усилий, резко падающих после образования стружки. Это явление увеличивает вибра­ ции, которые в сильной мере ограничивают .величины подач, а также усиливают износ задних поверхностей зубьев фрезы.

При попутном зубофрезеровании все стружки имеют про­ стую форму в виде отдельных завитков.

При встречном зубофрезеровании наиболее загруженные зубья снимают стружки сложной Г- и /7-образной формы, что также вызывает повышенный износ у уголков зубьев фрезы.

При работе со встречной подачей в случае обработки сталь­ ных колес затрудненные условия стружкообразования в зна­ чительно большей степени вызывают износ, чем удар при вре­ зании с максимальной толщиной среза и увеличение углов контакта зубьев фрезы с заготовкой, имеющие место при рабо­ те с попутной подачей.

Как отмечают различные исследователи, при нарезании стальных прямозубых колес суммарная стойкость фрез при попутной подаче примерно в два раза больше, чем при встреч­ ной. '

При обработке чугунных колес, когда не образуется слож­ ных стружек, а остальные недостатки встречного зубофрезерования выражены слабее, износ зубьев фрез при встречном и попутном зубофрезеровании почти одинаков.

Отмечается также, что в общем попутное зубофрезерование дает уменьшение крутящих моментов по сравнению со встречным на 20—25%, меньше также и колебание крутяще­ го момента. Это, по-видимому, обусловлено наличием при встречном зубофрезеровании скольжения при врезании зубь­ ев, упрочнением поверхностного слоя, затрудненными условия- ■Міи етруж коо:бразования.

инструмента и производительность зубофрезерования.

20

При черновой обработке колес зубья червячной фрезы, как известно, прорезают впадины, а также производят предвари­ тельную обкатку по профилю. Часть зубьев выполняет только одну из этих операций, другая часть — обе, а некоторые зубья вообще не участвуют в обработке.

Неработающие зубья у фрез могут оказаться при фрезеро­ вании колес малых модулей с небольшим числом зубьев. При

.нарезании же крупно-модульных зубчатых колес с большим числом зубьев (;п > 8, 2>50), а в случае косозубых колес со значительными углами ß наклона зубьев — и при среднем зна­ чении in и г стандартная длина фрезы может оказаться .недо­ статочной. Это приведет к перегрузке первых вступающих в резание зубьев фрезы. Поэтому при черновом зубонарезании в данном случае фрезу устанавливают не симметрично отно­ сительно межосевого перпендикуляра, а со сдвигом вдоль оси. Этим самым увеличивают ее активно режущую часть, остав­ ляя на профилирующую часть участок фрезы, равный пример­ но 3,5 т. Это делается с расчетом, что неполное профилирова­ ние будет исправлено при чистовом нарезании.

При встречном зубофрезеровании такой сдвиг производит­ ся в направлении, противоположном обкаточному движениюколеса, при попутном— в направлении обкаточного движения.

Однако и при наличии сдвига, если число зубьев обраба­ тываемого колеса г> 80, то стандартной длины червячной фре­ зы не хватает. Тогда во избежание перегрузки первого всту­ пающего в резание зуба фрезы рекомендуется входную ее часть выполнять конусной. Конус образуется за счет уменьше­ ния высоты режущих зубьев. Для обеспечения резания и для сохранения профиля зубьев при переточках затылование на этой части инструмента сохраняется.

Создание конуса на входной части фрезы позволяет, хотя и не совсем равномерно, перераспределить нагрузку на все расположенные на конической части фрезы зубья [86].

При нарезании колес малого и среднего модулей с неболь­ шим числам 'зубьев (z<j50), как об этом упоминалось выше, часть зубьев фрезы в работе не участвует. Поэтому стойкость фрезы может быть повышена за счет ее осевых перемещений, в результате которых в работу вводится незатупле-нная и ма­ ло затупленная части фрезы. (Перемещения могут быть перио­ дическими или непрерывными.

При непрерывной осевой подаче фрезы повышение стойко­ сти является результатом увеличения используемой длины инструмента. Стойкость повышается также вследствие вырав­

21

нивания износа режущих кромок, ß этом случае .каждый уча­ сток режущей кромки последовательно проходит все стадии натружения н поэтому .износ режущих кромок протекает более равномерно.

Применение обработки методом двух подач увеличивает стойкость фрез в 1,5—3 раза, что, в свою очередь, позволяет повышать режимы резания и обеспечивать рост производи­ тельности зуібофрезерования.

Зубофрезерованне методом двух подач дает наибольший эффект при применении червячных фрез, удлиненных в 1,5— 2 раза по сравнению с нормальным [88].

Объем металла, удаляемого червячной фрезой из впадин между зубьями нарезаемого колеса в единицу времени (произ­ водительность зубофрезеров'ания), как известно, зависит от подачи, скорости резания и скорости вращения изделия.

Стремление к повышению производительности за счет увеличения скорости вращения изделия привело к созданию многозаходных червячных фрез, из которых наибольшее рас­ пространение получили фрезы двухзаходные.

Замена однозаходных чер'вячных фрез мнотозаходнымн одновременно с увеличением скорости вращения изделия при­ водит к увеличению толщины срезов металла, снимаемых ре­ жущими кромками инструмента. Последнее происходит вслед­ ствие того, что у многозаходных фрез ход витка больше и при прорезании впадины участвует .меньшее количество зубьев.

Увеличение толщин срезов, снимаемых зубьями •многоза­ ходных червячных фрез, в некоторых случаях желательно, в большинстве же случаев это усугубляет основной недостаток червячных фрез, неравномерную загрузку их режущих кромок.

С целью уменьшения толщин срезов при работе миогозаходными червячными фрезами приходится снижать вертикаль­ ную подачу. В результате этого несмотря на то, что с примене­ нием многозаходных фрез скорость вращения изделия увели­ чивается кратно числу заходов фрезы, получить такого же увеличения производительности зубофрезерования не удается.

При обработке мелкоімодульных колес (т^.3 .мм) однозаходными фрезами с обычно применяемыми подачами струж­ ка чрезмерно измельчается, что приводит к неприятным по­ следствиям— возрастанию удельной силы резания, повышен­ ному износу фрез и т. д. Поэтому замена однозаходных фрез двухзаходными в этом случае желательна.

Использование двухзаходных червячных фрез повышает производительность по сравнению с однозаходными .на 30—

22

4Q% и эффект от их использования тем выше, чем меньше модули обрабатываемых .колес [З'О, 63, 74].

•Начиная с модуля 4 мм и выше, абсолютные величины до­ пускаемых подач для наиболее часто встречающихся чисел зубьев колес резко уменьшаются. По этой причине примене­ ние многозаходных фрез т > 1 0 мм не дает заметного повыше­ ния производительности зубофрезероваиия.

Повышение производительности зубообіработки червячны­ ми фрезами за счет увеличения подачи привело к созданию фрез с распределенной загрузкой режущих кромок.

Метод фрезерования зубчатых колес с -применением боль- * ших подач был предложен -К. А. Корниловым и заключается он в изменении характера загрузки отдельных элементов зу­ бьев червячной фрезы с целью равномерного ее распределения на участвующие в работе режущие кромки. Метод возник в ре­ зультате анализа процесса резания червячными фрезами.

С тех пор не прекращались исследования в этом направ­ лении. Были разработаны методики проектирования различ­ ных видов корректированных фрез и проведена эксперимен­ тальная проверка выводов теоретических работ.

Разработкой отдельных -вопросов проблемы повышения производительности зубофрезероваиия червячными фрезами за счет увеличения подачи занимались как научно-исследова­ тельские организации [77], так и отдельные исследователи — такие, как Г. И. Коган [30], А. К. Сидоренко [62, 63], С. Н. Медведицков [45] и другие.

Первыми фрезами с равномерно нагруженными зубьями явились улиточные фрезы конструкции ЦНИИТМАШ и ЗНіИМС, которые впервые применялись для обработки колес с внутренними зубьями в 4941 —1943 годах [29].

Расчеты показывают, что если нарезать заготовку с боль­ шим числом зубьев нормальной фрезой с -одним или двумя витками, то основную работу резания будет выполнять первый вступающий в резание зуб, а остальные будут попадать в уже прорезанную впадину и срезать тончайшие стружки. Условия, при которых режущие кромки каждого зуба фрезы снимают срезы определенной заданной толщины, создаются изменением формы зубьев фрезы путем постепенного уменьшения разме­ ров их от калибрующего зуба (расположенного симметрично оси заготовки и прорезающего впадину полного профиля) к первым режущим зубьям.

У улиточной червячной фрезы конструкции ПНИИТіМАШ зубья как по высоте, так и по толщине изменяются рав-номер-

23.

но. Благодаря этому стружки снимаются всеми тремя .режу­ щими кромками зубьев, с равномерным распределением ме­ талла, заключенного между любыми двумя контурами, проре­ заемыми последовательно работающими зубьями.

Главным недостатком этих фрез является то, что 'боковы­ ми режущими кромками металл снимается со значительным измельчением стружки, что вызывает большой расход мощ­ ности и быстрый износ кромок.

Несколько иной метод изменения формы зубьев имеет ули-

. точная червячная фреза конструкции ЭНИМ.С. Зубья этой фрезы равной толщины, последовательно уменьшенные толь­ ко по высоте. Несколько первых зубьев имеют неравномерные, крупные перепады по высоте и снимают короткие, но толстые срезы лишь боковыми режущими кромкам«. Основная же часть зубьев имеет равномерные незначительные перепады по высоте. Эти зубья снимают срезы своими периферийными ре­ жущими кромками.

Данный метод изменения размеров зубьев имеет преиму­ щества перед описанным выше, заключающимся в том, что здесь металл снимается сравнительно толстыми короткими срезами. Вследствие этого уменьшается расход мощности и износ инструмента, что позволяет увеличивать подачи.

Кроме улиточных червячных фрез, разработаны другие кон­ струкции червячных фрез с распределенной нагрузкой режу­ щих кромок. Поскольку с увеличением подачи увеличивается нагрузка на первые активно режущие зубья (особенно на пер­ вый вступающий в резание зуб), то для обеспечения спокой­ ной работы фрезы и предотвращения снижения ее стойкости с увеличением подачи посредством различных видов коррек­ ции передают часть нагрузки с зубьев наиболее нагруженных на мало нагруженные центральные.

Так как наибольшая нагрузка падает на периферийные режущие кромки зубьев, то в первую очередь перераспреде­ ляют нагрузку именно «а них.

Г. И. ІКогаи предложил фрезы, которые названы им «фре­ зы с конусом» [30]. В зависимости от характера загрузки пе­ риферийных кромок фрезы им выведено три типа коррекции высот ее зубьев. Прямозубые колеса фрезами с конусом реко­ мендуется обрабатывать е попутной подачей, а косозубые (при малом угле наклона зубьев колеса) —со встречной. Типы коррекций червячных фрез с конусом являются частными слу­ чаями коррекции, разработанной ЭІТИіМіС.

А. К- Сидоренко спроектировал фрезы с распределенной

24

нагрузкой режущих кромок, названные им фрезами «Про­ гресс» [62]. При выводе расчетных формул коррекции зубьев, этих фрез процесс зубофрезерования сводится к раосмотрениіо области контакта в сопряжении поверхностей фрезы и заго­ товки.

Как известно, линия пересечения наружных цилиндров, фрезы и заготовки, ограничивающая контактное поле снизу,, является кривой.

Коррекция зубьев по высоте осуществляется выпрямле­ нием этого участка контактнаго поля. При этом образующая фрезы, рассчитанная для конкретных условий работы (пода­ ча, число нарезаемых зубьев, число зубьев фрезы, глубина фрезерования и др.), становится вогнутой. Периферийныекромки такой фрезы начинают срезать полоски равной шири­ ны на .наружном цилиндре зубчатого колеса.

Так как толщина срезов (при работе со встречной подачей) у входа зубьев в заготовку больше, у выхода меньше и зубья снимают срезы различной длины, то процесс резания фрезами «•Прогресс» протекает при неравномерной загрузке ее зубьев.

Наиболее нагруженными, т. е. снимающими наиболее тол­ стые и длинные срезы, оказываются зубья, имеющие наиболь­ шие углы контакта с заготовкой. Тем не менее, фрезы «Про­ гресс» по сравнению со стандартными червячными фрезами обеспечивают более высокую стойкость и производительность.

В ЭНИіМС разработаны конструкции фрез, названные «па­ раболическими» и фрезами равного износа» [75, 77]. В отли­ чие от фрезы »Прогресс», у которой зубья снимают срезы одинаковой толщины у выхода из контакта с заготовкой, у параболической фрезы максимальная толщина срезов одина­ кова у входа в контакт с заготовкой (рис. б, г).

Толщины срезов в зависимости от материала, модуля и числа зубьев обрабатываемого колеса, а также от мощности и жесткости станка принимаются равными 0,15—0,'25 мм. За­ грузка зубьев фрезы срезами равной толщины обеспечивается изменением высот ее зубьев по кривой, близкой к параболе. Наибольшая толщина среза, снимаемого первым входящим в резание зубом (зуб большого номера), расположена в плоско­ сти, характеризуемой максимальным углом контакта.

Наибольшая толщина среза, снимаемого центральным (ну­ левым) зубом, являющимся установочным, располагается в плоскости, близкой к торцу колеса. Между этой плоскостью и плоскостью, характеризуемой максимальным углом контакта, последовательно располагаются наибольшие толщины сре-

25

Р и с .

9 f O 7 3

26

зов, снимаемых зубьями фрезы от нулевого до первого, входя­ щего в резание, зуба.

Испытания параболических фрез показали, что износ режу­ щих кромок ее зубьев не одинаков. Наибольший износ имеют режущие кромки центральных зубьев. Зубья, входящие первы­ ми в резание, почти не имеют следов износа. Объясняется это тем, что зубья параболической фрезы снимают срезы хотя и постоянной толщины, но различной длины. Центральные зу­ бья, снимающие наиболее длинные срезы, находятся большее время в работе, а следовательно больше иаиашив'аются. В свя-

.зи с этим в координаты кривой изменения высот зубьев пара­ болической фрезы были внесены 'поправки, учитывающие дли­ ну среза, снимаемого каждым зубом.

Толщины срезов, снимаемых зубьями такой фрезы, раз­ личны и уменьшаются от первого входящего в резание зуба к центральному (рис. 5, д). Однако в противоположность стан­ дартной червячной фрезе у фрезы данного вида нет зубьев, снимающих очень тонкие срезы, и нет зубьев перегруженных. Фрезы, построенные по такому принципу, названы «фрезами равного износа». іПри расчете фрез равного износа толщина среза, снимаемого нулевым зубом, должна быть не менее -0,08 мм. Толщина среза, снимиемого первым входящим в реза­ ние зубом, не должна превышать 0,35 мм. Толщины срезов, снимаемых промежуточными зубьями фрезы, назначаются в зависимости от их длины по формуле

снимаемого единицей длины периферийной кромки зуба фрезы).

■Приняв для простоты расчета в первом приближении х — \, можно определить для нулевого зуба aol0= v . Длина среза /о определяется промером по схеме срезания слоев или аналити­ чески, а толщина среза а0 принимается равной 0,08—0,1 мм.

■В зависимости от технологических и эксплуатационных условий расчетная кривая параболической фрезы или фрезы равного износа может быть заменена приближенно дугой ■окружности (радиусная фреза) или даже наклонной прямой ■(конусная фреза).

При этом отклонении толщин срезов от расчетных должны ■находиться в допустимых пределах, а для зубьев, первыми

27

входящих в резание, максимальная толщина срезаемых слоевне должна превышать 0,3 мм.

Замену кривой изменения высот зубьев наклонной прямой целесообразно производить в случае, если фреза предназна­ чается для нарезания колес с большим числом зубьев. Однакопри этом приходится идти на большое понижение подачи из-за значительного изменения толщин срезов.

На рис. 5 для сравнения приведены схемы срезания слоев-

Корректирование высот зубьев червячных фрез с цельюуменьшения толщин срезов наиболее напруженных зубьев ре­ комендуется для модулей /п > 4 мм. Что же касается фрез ма­ лых модулей, то здесь -корректирование высот зубьев также имеет смысл, но не в целях уменьшения толщин срезов, сни­ маемых режущими кромками, а с целью увеличения этой тол­ щины. Последнее позволит избежать чрезмерного измельчения-: стружки, что в конечном счете повысит стойкость инструмента.

Форма образующей у фрез с корректированной высотой зубьев сообщается им затылованием широким кругом, заправ­ ленным по профилю, или узким кругом — по копиру.

Производительность корректированных фрез значительновыше производительности стандартных червячных фрез и эта разница тем значительнее, чем больше разность рабочих подач.

Наибольшую .производительность из 'всех типов корректи­ рованных фрез обеспечивают фрезы равного износа [25, 75].

Корректированные фрезы являются фрезами постоянной, установки. Широкого распространения они не получили глав­ ным образом по той причине, что повышение производительно­ сти от их -применения достигается в диапазоне определенного числа зубьев нарезаемых колес, для которых рассчитана дан­ ная фреза. Проектирование и изготовление их более сложно.

Повышение производительности зубофрезерования за счет увеличения скорости резания в настоящее -время -достигается применением сборных червячных фрез с затылованными -и с острозаточеннымн зубьями и фрез с поворотными рейками.

Конструкция фрез с поворотными рейками обеспечивает

28

большее число переточек и возможность увеличения задних углов по 'вершине и боковым сторонам зубьев. Предваритель­ ное нарезание реек для этих фрез производится в технологиче­ ском корпусе. Для окончательного шлифования рейки в соот­ ветствующем положении закрепляются в рабочем корпусе фрезы. Окончательное шлифование профиля зубьев реек про­ изводят на резь'боили червячиошлифовальных станках

.[22,51].

У сборных червячных фрез с острозаточенными зубьями ножи затачиваются в специальных приспособлениях, что по­ зволяет сообщать им оптимальную геометрию как по вершин­ ным, так и по боковым режущим кромкам.

■Сборные фрезы с затылованными зубьями обеспечивают •обработку иа повышенных режимах резания, в частности с повышенны,ми скоростями резания, за счет того, что их изго­ тавливают с увеличенным посадочным отверстием, что повы­ шает жесткость их крепления. Кроме того, как уже отмеча­ лось выше, конструкция этих фрез дает возможность изгото­ вить их режущую часть более качественной за счет улучшения ■качества заготовок, улучшения термообработки, а также за •счет примемейия новых инструментальных материалов.

•В настоящее время в нашей стране и за рубежом прово­ дятся работы по улучшению качества быстрорежущих сталей за счет легирования их кобальтом, ванадием и молибденом. По данным исследований ВНИИ такие стали имеют меньшую, карбидную неоднородность, что положительно отзывается на их свойствах. По универсальности применения быстрорежущие стали новых марок пока не могут заменить сталь марки Р18, но при определенных условиях они обеспечивают повышение эффективности зубообработки.

Значительное увеличение скорости резания при зубофрезеровании дает применение червячных фрез, оснащенных твер­ дым сплавом.

Твердосплавные червячные фрезы вначале конструировали или со вставными цельными рейками, на зубья которых напаи­ вали пластины твердого сплава, или со вставными монолитны­ ми рейками из твердого сплава. Однако оба эти варианта сборных червячных фрез вследствие их конструктивной недо­ работки применения не получили.

Иностранные фирмы «Микрон» (Швейцария), «Фетте», «Клингельнбарг» (ФРГ) успешно применяют цельные твердо­ сплавные фрезы (до модуля 3 мм) и сборные червячные фрезы с тельными твердосплавными рейками. 'Следовательно, в этом

29