книги / Цилиндрические зубчатые колеса

Рис.46. Схема зубофрезерного станка (а), основные движения (б).

осевом сечении трапецеидальный профиль, образуют на заготовке зубья с эвольвентным профилем. Эвольвентный профиль каждого зуба получается в результате того, что прямолинейные режущие кромки червячной фрезы поочередно касаются нарезаемого зуба, причем каждая из точек соприкосновения режущей кромки с наре­ заемым зубом принадлежит эвольвенте, как это показано на рис.45.

Из рисунка видно, что профиль впадины зуба получается постепен­ но и состоит из множества прямолинейных участков, образованных зу­ бьями фрезы. Эти прямолинейные участки накладываются один на дру­ гой, и практически получается криволинейный профиль зуба. Режущие кромки фрезы последовательно занимают положения, являющиеся огибаемыми по отношению к профилю зуба. При этом начальная ок­ ружность нарезаемого колеса и начальная прямая линии рейки фрезы взаимно перекатываются друг по другу без скольжения. Каждое пере­ мещение режущих кромок фрезы относительно заготовки связано с уда­ лением определенного слоя металла из впадины нарезаемого колеса.

Для получения зубчатого колеса в кинематике зубофрезерного станка должно быть предусмотрено несколько движений, взаимосвя­ занных друг с другом. Принципиальная схема зубофрезерного стан­ ка и его основные движения представлены на рис.46.

Рабочий ход (движение резания) осуществляется вращением фре­ зы 1. Заготовка 2 нарезаемого колеса жестко связана с делительным червячным колесом 5, получающим вращение отделительного чер­ вяка 4.

Для обеспечения движения обкатки фрезы и заготовки в процес­ се нарезания зубьев необходимо, чтобы каждому обороту инструмен­ та соответствовал оборот колеса на число зубьев, равное числу захо­ дов червячной фрезы. Передаточное отношение воспроизводимой при этом червячной передачи равно

где z — число зубьев нарезаемого колеса; к — число заходов червячной фрезы; пф— частота вращения фрезы, м и н 1;

пк — частота вращения нарезаемого колеса, м и н 1.

Кинематическая связь между червячной фрезой и заготовкой осуще­ ствляется через гитару деления 3. Движение подачи создается перемеще­ нием суппорта с фрезой относительно нарезаемого колеса параллельно его оси. Направление осевой подачи настраивается гитарой подач. В не­ которых станках предусмотрен механизм радиального врезания для осу­ ществления поперечной подачи (перпендикулярно оси заготовки).

При нарезании косозубых колес должен быть обеспечен дополни­ тельный доворот стола с заготовкой, связанный с движением пода­ чи. Этот доворот в зависимости от угла наклона зуба колеса настра­ ивается гитарой дифференциала.

Схемы зубофрезерования

Применение различных схем зубофрезерования позволяет повы­ сить скорость резания, увеличить стойкость червячной фрезы, рав­ номерно нагружая ее зубья, уменьшить шероховатость боковой по­ верхности нарезаемых зубьев. К наиболее употребительным схемам обработки зубчатых венцов относятся: встречное и попутное зубофрезерование, обработка с осевой и радиальной подачами, фрезеро­ вание с применением диагональной подачи, ручная или автомати­ ческая осевая передвижка червячной фрезы.

Встречное или попутное зубофрезерование различаются направлени­ ем подачи относительно скорости резания (рис.47).

При встречном фрезеровании заготовка подается навстречу на­ правлению вращения фрезы. Фреза начинает снимать стружку у дна

Рис.47. Схема движения червячной фрезы и стружкообразования: а) при встречном фрезеровании; б) при попутном фрезеровании.

впадины при наименьшей ее толщине. При выходе зуба фрезы из за­ готовки толщина стружки наибольшая. Стружка имеет форму запя­ той. В начале резания зуб фрезы скользит по ранее обработанной поверхности, сжимая и уплотняя металл, что вызывает повышенный износ режущих кромок фрезы. Встречное фрезерование рекомендуется для обработки вязких сталей. Благодаря сглаживающему действию шероховатость поверхности уменьшается.

При попутном фрезеровании направления подачи заготовки и вращения фрезы совпадают. Зуб фрезы начинает снимать стружку при наибольшей ее толщине, которая уменьшается по мере углубле-

ния зуба в тело заготовки. Силы трения в зоне контакта и износ ре­ жущих кромок фрезы меньше, чем при встречном фрезеровании. Период стойкости инструмента повышается до 30% при хорошем качестве боковых поверхностей зубьев. На торцах заготовки при вы­ ходе червячной фрезы образуется меньше заусенцев. Попутное фре­ зерование позволяет работать на повышенных скоростях резания.

При использовании схем встречного и попутного фрезерования для нарезания косозубых колес необходимо придерживаться следующих правил. Для более равномерной загрузки зубьев фрезы при встречном фрезеровании зубчатые колеса с углом наклона зубьев (3 = 6-10° рекомен­ дуется обрабатыватьразноименными по винтовой линии фрезами (правые колеса левыми фрезами и наоборот). Колеса с (3 > 10°рекомендуется об­ рабатывать одинаковыми по направлению винтовой линии фрезами (пра­ вое колесо правой фрезой и наоборот). При любом угле наклона зубьев ко­ леса, если обработка производитсяразноименным инструментом, необхо­ димо использовать попутное фрезерование.

Встречное и попутное фрезерование может быть применено на лю­ бом зубофрезерном станке при работе с осевой подачей. Зубофрезерование с осевой подачей имеет наибольшее практическое применение и может выполняться на высоких режимах резания. Основным недостат­ ком этого способа является довольно большая величина врезания и пе­ ребега. Эта величина зависит от диаметра червячной фрезы, высоты зуба нарезаемого колеса и угла наклона линии зуба косозубых колес. Величины врезания и перебега рассчитываются по формулам:

cos((3±co) ’

L„ep. = 3m-ty (fi ±со)+(3^-5),

где h — высота нарезаемого зуба, мм; (3 — угол наклона зуба, град.;

со — угол подъема винтовых канавок фрезы, град.

Знак (—) соответствует одноименному направлению угла накло­ на зуба колеса и витка фрезы, знак (+) — разноименным наклонам.

Величины врезания и перебега в зависимости от модуля, диамет­ ра червячной фрезы и угла наклона нарезаемой шестерни приведе­ ны в таблицах приложения 7.

Для сокращения длины и времени, затрачиваемого на врезание и перебег, используют различные пути: применяют червячные фрезы небольшого диаметра, производят обработку одновременно несколь­

максимально допустимым изно­

сом червячной фрезы. Если при какой-то величине At, полученной расчетным путем, износ фрезы будет мал, то ее следует уменьшить, если же износ фрезы большой, то величину At необходимо увеличить до получения допустимой величины износа зубьев.

Использование непрерывного осевого смещения червячной фре­ зы в сочетании с осевой подачей легло в основу схемы диагонально­ го зубофрезерования.

Диагональное фрезерование — это результат суммирования двух по­ дач — осевой и продольного перемещения червячной фрезы (рис.48).

Величина осевой подачи S0 выбирается таким образом, чтобы за то вре­ мя, когда фреза пройдет по вертикали путь, равный ширине нарезаемого венца В, она переместилась на величину 1р (расчетную длину фрезы).

За одно и тоже время, когда фреза пройдет путь 1р вдоль оси, а по вертикали путь В, стол станка сделает число оборотов, равное

где S0 — осевая подача, мм/об;

Sb — вертикальная подача, мм/об;

1р — расчетное перемещение фрезы, Ip = L —6,6 мм; L — длина режущей части фрезы, мм;

В — ширина нарезаемого венца (пакета), мм.

Необходимое соотношение между вращением фрезы и заготовки, вызванное осевым смещением фрезы, обеспечивается настройкой цепи дифференциала.

При фрезеровании цилиндрических колес только с вертикальной подачей относительное положение зубьев червячной фрезы и наре­ заемого колеса повторяются при каждом обороте инструмента, по-

I

Рис.50. Схема двухпроходного фрезерования: а) попутная подача без смены направления; б) встречная подача без смены направления; в) фрезерование со сменой направления подачи.

Это значит, что при втором проходе можно изменить направление осевой подачи и ее величину, а также частоту вращения шпинделя инструмента, т.е. скорость резания.

Возможные схемы двухпроходного фрезерования представлены на рис.50.

При двухпроходном фрезеровании возможны два способа осевого перемещения червячной фрезы. При одном способе первый и второй проходы осуществляются в одном положении инструмента. Зубья фрезы, участвующие в первом (черновом) проходе и имеющие опре­ деленный износ, участвуют и во втором (чистовом) проходе. При дру­ гом способе происходит осевое перемещение червячной фрезы меж­ ду черновым и чистовым проходами, вследствие чего при чистовой обработке участвуют еще не использованные участки фрезы, что по­ зволяет повысить точность и качество поверхности. Этот способ вы­ годен при фрезеровании зубчатых колес больших размеров.

Зубофрезерование с переменной осевой подачей основано на измене­ нии подачи при входе и выходе червячной фрезы из заготовки. Фре­ зерование зубчатого колеса начинается на максимальной подаче, за­ тем она постепенно уменьшается до постоянной величины. На по­ стоянной подаче станок продолжает работать до выхода фрезы из заготовки. Затем подача снова автоматически повышается до макси­ мально установленного значения. Такое управление подачей являет­ ся разновидностью адаптивного контроля, т.к. при нем величина подачи косвенно определяется по силе резания и силе тока, потреб­ ляемого электроприводом.

Увеличение подачи вызывает ухудшение шероховатости поверх­ ности зубьев, поэтому рассматриваемая схема не может быть исполь­ зована при чистовом фрезеровании. Ее целесообразно применять для обработки зубчатых колес модулем не более 5 мм, а также с большим