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

направлении у нас тоже должна проводиться соответствующая! работа.

Наиболее удачными конструкциями из отечественных сбор­ ных червячных фрез, оснащенных твердым сплавом, являются фрезы конструкции ВНИИ со вставными ножами и фрезы У'крНИИіСіМИ с неперетачиваемыми поворотными пластинами [12,00,78].

Твердосплавные червячные фрезы обеспечивают возмож­ ность работы на скоростях резания порядка 70—80 м/мин. [50]. Конструктивная доработка этих фрез и налаживание их выпуска на специализированных предприятиях поставит пе­ ред станкостроительной промышленностью вопрос о выпуске новых моделей станков. Связано это с тем, что с увеличением скорости вращения фрезы увеличивается и скорость вращения стола. Последняя же у современных зубофрезерных станков ограничивается скоростью скольжения червячной делительной пары.

Расходуемая мощность и крутящие моменты при зубофрезерованни червячными фрезами большинством исследователей определялись экспериментально с помощью динамометров различных конструкций.

Влияние различных факторов на крутящий момент при зубофрезеровании отражено в работах Я. И. Адама [3], Е. Н. Маслова [42], К. Ф. Митряева [47], В. К. Николаева [52], А. М. Розенберга [59] и других.

Поскольку при обработке червячными фрезами в контакте с заготовкой находятся одновременно несколько зубьев одной гребенки, а при больших углах контакта зубьев фрезы с за­ готовкой в резании могут участвовать и зубья, расположенные на двух (соседних) гребенках, то при этом фиксируется сум­ марный момент на оправке фрезы, являющийся результатом действия сил, возникающих на всех работающих зубьях фрезы.

К. Ф. Митряев [47] проводил исследования, применяя спе­ циально приготовленную для опыта заготовку, на которой обра­ батывалась одна впадина. Часть заготовки, на которой рас­ положена эта впадина, при обкатке постепенно входила в зону обработки и последовательно обрабатывалась зубьями фрезы. Это дало возможность определить загрузку каждого рабо­ тающего зуба фрезы и усилия, возникающие на них.

Некоторыми исследователями разработаны методики и да­ ны зависимости для аналитического определения сил и момен­ тов при зубофрезеровании червячными фрезами.

30

Так, в работе Г, И. Когана [30] даны зависимости для определения крутящих моментов раздельно для периферийных

идля боковых режущих кромок зубьев червячных фрез.

Я.И. Адам [3J дает вывод формулы для определения удельной работы при зубофрезеровании червячными фрезами

иприводит зависимости для определения средних значений окружной силы и мощности.

Таким образом, теория и практика обработки-цилиндриче­ ских зубчатых колес фрезерованием за последние годы разви­ валась в направлении:

изучения особенностей физики процесса резания с уче­ том свойств обрабатываемых материалов;

создания новых конструкций инструмента с оптимальной геометрией; создания новых марок быстрорежущих сталей

итвердых сплавов, усовершенствования форм режущих лез­ вий и твердосплавных пластин, способов их крепления и т. д.; изучения динамики процесса резания с целью нахожде­ ния оптимальных параметров обработки для рационального

использования инструмента и оборудования; модернизации оборудования в целях повышения его

жесткости, мощности и быстроходности, а также создания

новых более производительных станков.

Все это служило, как правило, лишь целям усовершенство­ вания уже известных методов обработки цилиндрических зуб­ чатых колес фрезерованием. Созданию же принципиально но­ вых методов обработки уделялось меньшее внимание.

Всвязи с этим, в последующих главах рассматриваются исходные положения и теоретические предпосылки, на основе которых разработан новый метод фрезерования цилиндриче­ ских зубчатых колес. Приводятся исследования кинематики процесса зубонарезаиия новым методом, а также закономер­ ности и зависимости для определения основных параметров резания.

Вкниге приводятся обоснования конструкций режущих инструментов и специальных приспособлений, обеспечивающих реализацию данного метода на существующих моделях зубофрезерных станков.

Кроме того, показаны данные экспериментальных исследо­ ваний характера износа инструмента, его оптимальной геомет­ рии, стойкостных и силовых зависимостей и оптимальных ре­ жимов резания для конкретных случаев обработки. Дана так­ же технико-ѳкоіномическая оценка нового метода зубонарезания.

31

Г Л А В А В Т О Р А Я

СУЩНОСТЬ НОВОГО МЕТОДА ЗУБОНАРЕЗАНИЯ

Введем некоторые условные обозначения и термины, при­ менение которых облегчит понимание сущности и проведение диализа нового метода зубонарезания.

Rr(Dr) — радиус (диаметр) окружности, описываемой вер­ шинной кромкой зуба фрезы при вращении го­

32

ну на данном N обороте заготовки;

о — угол поворота заготовки за время поворота го­ ловки на угол е;

S(Sp) — вертикальная (радиальная) подача головки на один оборот заготовки;

S1 — вертикальное перемещение головки за период •обработки рассматриваемой впадины, т. е. за время поворота головки на угол е;

k — число рядов зубьев на одной фрезе или количест­ во фрез с одним рядом зубьев, установленных на головке, мнимое число заходов фрезы;

2— число зубьев нарезаемого колеса;

а— угол профиля зубьев фрезы;

t — шаг зубьев нарезаемого колеса; т — модуль нарезаемого колеса;

/о —коэффициент высоты головки зуба фрезы (высо­ ты ножки нарезаемого зуба), равной отношению высоты головки зуба фрезы (высоты ножки на­ резаемого зуба) к модулю;

2 — количество зубьев фрезы, обрабатывающих впа­ дину на данном обороте заготовки за время по­ ворота головки на угол е;

h —глубина фрезерования, при обработке за один проход, равная высоте зуба нарезаемого колеса;

L — величина осевого врезания;

Lp — величина радиального врезания;

В —ширина обрабатываемого зуба, для прямозубых колес равная ширине венца;

п — номер обрабатываемой впадины;

N —номер оборота заготовки, начиная с того, на ко­

цСцтах) —угол контакта (максимальный) зуба фрезы с за­ готовкой;

тСттах)— угол (максимальный) наклона зуба фрезы; ф — угол поворота головки между выходом из кон-

3. Заказ I82S

33

такта с заготовкой двух 'последовательно рабо­ тающих зубьев;

г0 — радиус основной окружности нарезаемого зубча­ того колеса;

ссо — профильный угол исходного .контура; Ѳо — половина угловой ширины впадины по основной

окружности; Ѳд— половина угловой ширины впадины по делитель­

ной окружности; А5д — утонение зуба по делительной окружности наре­

а* — угол давления в данной точке профиля; а1 — профильный угол в заданной точке.

1. ИСХОДНЫЕ КИНЕМАТИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ

Рассматриваемый метод зубонарезания отличается от су­ ществующих кинематикой процесса резания. Для его реализа­ ции может быть использован любой зубофрезерный станок, ос­ нащенный специальной головкой.

Рис. 6 поясняет принцип нарезания зубчатых колес данным методом. Заготовка 1 устанавливается на столе станка, фре­ за 2 — в головке 3. Головке сообщается вертикальная подача и вращение от шпинделя зубофрезарного станка через цепь его привода, а заготовке — через цепь деления.

Вращение заготовки увязывается с вращением головки обычным путем, т. е. при повороте головки на один оборот заготовка поворачивается на k/z часть оборота, здесь k — мни­ мое число заходов фрезы, z — число зубьев нарезаемого ко­ леса.

Роль числа заходов играет количество рядов зубьев (коль-

34

цевых витков) на фрезе (.рис. 6 , а) или количество дисковых фрез с одним .рядом зубьев (рис. 6 , б).

На головке может быть установлена одна дисковая фреза, одна фреза с несколькими рядами зубьев или несколько ди­ сковых однорядных фрез. В последних двух случаях цепь де­ ления станка настраивается как при обработке многозаходной фрезой.

Для предварительного прорезания впадин может быть ис­ пользована твердосплавная фреза с прямолинейными режу­ щими кромками. Толщина ее зубьев по делительной окруж­ ности принимается такой, чтоб ширина прорезаемой впадины получалась меньше теоретической на величину припуска под чистовую обработку.

У фрез с двумя или с тремя рядами зубьев соседний ряд

35

смещен в направлении оси фрезы на расстояние, равное шагу нарезаемых зуібьев.

Фрезы с одним рядом зубьев устанавливают на головке равиоімерно по окружности в одной .плоскости, перпендикуляр­ ной оси вращения головки.

Головку на станке устанавливают так, чтобы фреза 'распо­ лагалась симметрично относительно заготовки.

Фреза или фрезы получают привод от отдельного электро­ двигателя и не имеют жесткой кинематической связи с враще­ нием заготовки. Это дает возможность сообщать им число оборотов, обеспечивающее оптимальную для каждого твердого сплава скорость резания.

Оправка фрезы смонтирована в головке параллельно оси вращения головки, ось же вращения последней по отношению к торцу заготовки устанавливается под углом б.

Величина угла б определяется исходя из следующих сооб­ ражений (рис. 7). От начала обработки впадины колеса од-

Зб

ной фрезой, установленной на головке, до начала обработки другой фрезой следующей впадины точки режущих кромок фрезы, расположенные на условном делительном цилиндре головки, переместятся на расстояние, равное длине дуги

к

Точки впадин, расположенные на начальной окружности за­ готовки, переместятся за это же время на расстояние, равное шагу нарезаемых зубьев t. Отсюда из треугольника АіВіС имеем

Аналогичные рассуждения можно провести и для случая, если на головке установлена одна фреза с несколькими рядами зубьев. Поэтому величина угла установки головки б и в этом случае определяется из соотношения (1 ).

Конструктивный параметр головки Яг выбирается в зависи­ мости от того, на каком станке она будет использована, и ве­ личина его ограничивается размерами углубления иод фрезу.

Параметр головки Я0 зависит от Яг и наружного радиуса фрезы Яф. Количество фрез /г, которое можно установить на го­ ловке (при определенном значении Яф и Яо), определяется сле­ дующим образом.

■Поскольку фрезы устанавливаются на головке в одной пло­ скости, то расстояние между их осями вращения (рис. 7) ОіОі^2і?ф. Центральный угол X можно найти из соотношения

Оі0 2= 2 Я ф= 2 Я 0sin^—; s in |- = ^

37

Так как количество фрез k может быть только целым чис­ лом, то анализ формулы ,(2 ) позволяет заключить, что при Яф>Яо иа головке может быть установлена только одна фре­ за, а при R(\,=Ro — только две фрезы, при Rf\,<.R0 количество фрез на головке может быть равно трем и более.

При зубок арезан ии данным методом поворот заготовки осуществляется непрерывно. Но, как видно из рис. 6 , фреза в контакте с заготовкой находится только в течение части обо­ рота головки.

За это время заготовка повернется вокруг своей оси на не­ который угол а, величина которого определяется по формуле

Ввиду малости угла о, даже при большом числе огибающих резов, профиль впадин обрабатываемаго колеса будет почти соответствовать профилю зубьев фрезы и при прямолинейном их профиле он будет также почти прямолинейным, т. е. полу­ чить эвольвентный профиль зуба инструментом с прямоли­ нейными режущими кромками не удастся. В силу этого дан­ ный метод зубонарезания преимущественно применим для черновой обработки.

Для повышения равномерности припуска по профилю зубь­ ев под чистовую обработку могут использовать фрезы, у ко­ торых зубья имеют различные профильные углы. Равномер­ ность припуска под чистовое зубонарезание можно увеличить также за счет использования несколько иного варианта обра­ ботки данным методом.

На головке необходимо установить несколько фрез, напри­ мер три (см. рис. 6 , б). Фрезы в этом случае должны быть рас­ положены равномерно по окружности, а в осевом направлении смещены друг относительно друга на 1 /к шага. Головку необ­ ходимо установить так, чтобы центральная фреза располага­ лась иа межосевом перпендикуляре фреза — заготовка, а ста­ нок настроить как при обработке однозаходной фрезой.

Равномерность припуска повысится в данном случае за счет того, что зубья каждой из фрез в процессе обработки в известной маре будут воспроизводить зубья смещающейся про­ изводящей рейки.

Предлагаемый метод зубонарезания имеет преимущества перед существующими. Они заключаются в следующем.

1. Обработку дисковыми фрезами методом индивидуально­

38

го деления можно вести или на специальных станках, или на

универсальных, имеющих соответствующие механизмы деле­ ния.

К механизмам деления станков предъявляются высокие требования в отношении точности. В противном случае окруж­ ной шаг предварительно нарезанных зубьев получается не­ одинаковым. Это снижает точность чистовой обработки и мо­ жет даже привести к браку. Последнее усугубляется еще и тем, что точность деления при зубофрезеровании в среднем в два раза ниже точности холостого деления [26].

В отличие от зубофрезерования дисковыми фрезами мето­ дом индивидуального деления процесс деления при зубофре­ зеровании данным методом осуществляется непрерывно. Это повышает точность деления и обеспечивает равномерность ок­ ружного шага нарезаемых зубьев.

Равномерность припуска по профилю обрабатываемых зубьев можно повысить применением фрез с зубьями, имею­ щими разные профильные углы. Ее можно повысить также, если на головке установить несколько фрез, а станок настро­ ить как при обработке однозаходной фрезой.

2 . Зубоінарезание новым методом ведется простыми по кон­ струкции инструментами — твердосплавными дисковыми фре­ зами с прямолинейными режущими кромками и с острозато­ ченными зубьями. Такая 'конструкция фрез дает возможность производить заточку их зубьев по задним граням и сообщать им оптимальную геометрию. Заточка зубьев по задним граням увеличивает также количество переточек инструмента.

3. Стойкость твердосплавных инструментов при скоростях резания ниже 70 м/мин незначительно отличается от стойкости инструментов из быстрорежущих сталей. Но при обработке червячными фрезами с увеличением скорости вращения фрезы увеличивается и скорость вращения стола, последняя же ог­ раничивается скоростью скольжения червячной делительной пары. В силу этого полное использование стойкостных возмож­ ностей твердосплавных червячных фрез с острозаточениыми зубьяіми возможно только на специальных скоростных зубо­ фрезерных станках.

При зубофрезеровании данным методом вращение фрезы не связано с вращением заготовки. Это позволяет сообщать ей необходимое число оборотов, устанавливая скорость резания исходя из оптимальной стойкости фрезы и производительности зубофрезерования.

За счет высокого числа оборотов фрезы, несмотря на отно-

39