Зуборезные червячные фрезы

Червячные фрезы применяют для обработки прямозубых, косозубых и шевронных цилиндрических колес, а также для нарезания зубьев червячных колес с различными видами зацепления. Червячная фреза как инструмент получается из червяка путем прорезания канавок, образующих переднюю поверхность зубьев и пространство для размещения стружки и затылования зубьев для создания задних углов по всему контуру.

По конструктивному выполнению червячные фрезы бывают цельные, насадные и сборные. По виду обработки они подразделяются на черновые (многозаходные), чистовые и прецизионные. По виду исходного червяка, положенного в основу червячной фрезы, они бывают эвольвентные, архимедовы, конволютные для нарезания колес с эвольвентным зацеплением.

Для нарезания зубчатых колес о циклоидальным зацеплением и с зацеплением Новикова применяют фрезы, в основу которых положены соответствующие червяки.

Червячные фрезы работают на специальных зубофрезерных станках 5К301, 5К.320, 5К32 и др., а также на тяжелых станках 5342, 5345, 5364, выпускаемых Коломенским станкостроительным ПО. В процессе нарезания фреза и заготовка вращаются относительно своих осей. За один оборот фрезы заготовка повернется на 1/z_к при однозаходнои фрезе и на а/z_к, если фреза многозаходная; здесь z_к - число зубьев нарезаемого колеса, а - число заходов фрезы. Кроме того, станок имеет движение для врезания инструмента в радиальном направлении к заготовке и движения суппорта для подачи. Подачу осуществляют вдоль оси заготовки при обработке цилиндрических колес; в радиальном направлении - при обработке червячных колес или цилиндрических колес в узкий ободом и в тангенциальном направлении к заготовке - при нарезании червячных колес.

Метод зубофрезерования червячными фрезами является высокопроизво-дительным и универсальным, получил широкое распространение во всех видах производства для обработки цилиндрических и червячных колес. Обработку производят непрерывно, по методу обкатки. В отличие от дисковых и пальцевых фрез одна червячная фреза может обрабатывать колеса в любым числом зубьев данного модуля. Недостатком метода зубофреверования при осевой и радиальной подачах является ограниченность числа резцов, огибающих профиль зубьев обрабатываемого колеса; вследствие этого шероховатость обработанной поверхности зубьев в ряде случаев высокая.

Конструктивные параметры фрезы. При проектировании зуборезных червячных фрез должны быть заданы некоторые параметры зубчатого колеса: модуль m, угол давления на делительном диаметре, т. е. угол зацепления a, высота зуба h и высота головки зуба h_а (рис. 1). Передний угол g_в принимают для вершинных режущих кромок и задний угол a_в, по наружному диаметру. Для стандартных фрез g_в = 0, a_в = 10-12°.

Рекомендуемые материалы

Рис.1.Конструктивные параметры червячной фрезы.

В зависимости от вида и точности обработки колеса выбирают также число заходов фрезы и класс ее точности. Для чистовой обработки применяют однозаходяые фрезы, для черновой, предварительной - многозаходные.

Основными конструктивными параметрами червячной фрезы являются диаметр, длина, диаметр отверстия под оправку, число зубьев, форма и направление канавок, размеры профиля зубьев. Наружный диаметр фрезы принимается по нормалям и стандартам с учетом паспортных данных зубофрезерного станка, или же задаются углом подъема витков исходного червяка и определяют делительный, а затем наружный диаметр фрезы.

При определении диаметра надо учитывать следующие противоречивые обстоятельства: с одной стороны, чем больше диаметр фрезы, тем лучше, так как повышаются точность и производительность обработки; с другой стороны, с увеличением диаметра фрезы она становится дороже, увеличиваются крутящий момент и длина врезания в заготовку. Для чистовых фрез рекомендуется принимать диаметр больше, чем для черновых, а для прецизионных еще больше, чем для чистовых.

Рнс. 2. К определению соотношения между О и t

ГОСТ 9324-80Е установил диаметры фрез общего назначения для т = 1-25 мм от 71 до 305 мм.

При определении диаметра расчетным способом вначале задаются углом подъема витков t. Для чистовых фрез t = 3-5°, для прецизионных его принимают до 3°.

Из рис. 2 видно, что при равенстве w = t

sint = P_n/pD =pm/pD = m/D,

откуда делительный диаметр

D =m/sint                  (1)

Наружный и внутренний диаметры

D_a = D + 2h_аи; D_f = D – 2h_fи,            (2)

где h_аи, h_fи - высота головки и ножки зубьев фрезы. Обычно они равны 1,25т - 1,3т.

По мере переточки зубьев по передней поверхности диаметры фрезы уменьшаются вследствие наличия заднего угла. При этом будет увеличиваться угол подъема винтовой линии t и уменьшаться угол наклона канавки со на делительном диаметре фрезы. Вследствие этого изменяется теоретически необходимый профиль зубьев. Действительный же профиль не меняется, остается постоянным при затыловании резцом, когда образующими затылованных поверхностей являются режущие кромки зубьев фрезы. При шлифовании затылованных поверхностей действительный профиль зубьев по мере переточки будет изменяться. В результате возникает погрешность профиля. Чтобы уменьшилась эта погрешность, у червячных фрез расчетное сечение О - О не должно совпадать с начальным сечением 1 - О для новой фрезы. Она отстоит от него на (0,15-0,25) Р_z или на (0,15-0,25)q , где Р_z и q - соответсвенно окружной и угловой шаг между зубьями (канавками) фрезы

P_z = pD_a/z_и, q = 2p/z_и = 360^о/z_и,

где z_и - число зубьев фрезы.

Рнс. 3. Различные сечения зуба фрезы

Указанные сечения показаны на рис. 3. Диаметры D и D_a найденные по уравнениям (1) и (2), относятся к расчетному сечению. Если расчетное сечение отстоит от начального на 0,25q, то для новой фрезы в сечении 1 - О

D₁ = D +0,5K, D_a1 = D_a + 0,5K, D_1f = D_f + 0,5K.

В конечном сечении 2-О, соответствующем окончательно сточенной фрезе (примерно на 2/3 толщины зуба) D₂, D_a2 и D_f2 по сравнению с расчетными уменьшатся на 0,5К.

Величина затылования для однозаходных фрез

Для многозаходных фрез, у которых большой угол t,

Диаметр отверстия под оправку можно рассчитать из условия прочности и жесткости, затем расчетное значение подчинить нормальному ряду диаметров оправок по ГОСТ 9472-70. Ориентировочно диаметр посадочного отверстия d = (0,20- 0,45) D_a1.

Для повышения жесткости диаметр отверстия надо принимать по возможности большим. После этого необходимо проверить, чтобы расстояние между дном стружечной канавки и шпоночным пазом, т. е. толщина стенки фрезы Т = R_a - (t₁ + H_k) или Т ³ (0,25 - 0,3)d. Длина фрезы определяется так же, как шлицевой червячной фрезы, т. е. L₁ = l₁+ l₁¢ или

где r_а, r_f - радиус наружной и внутренней окружности колеса; Р_x - осевой шаг между зубьями фрезы; l₁ - длина фрезы, находящаяся в контакте с нарезаемым колесом; l₁¢ - удлинение, необходимое для увеличения долговечности инструмента за счет осевых передвижек по мере изнашивания фрезы.

Ширина буртика принимается 3-5 мм. Они служат для контроля биения фрезы при изготовлении и установке ее на оправку шпинделя зубофрезерного станка. Таким образом, общая длина фрезы L = L₁ + 2l. Диаметр буртиков D = (1,5-1,7)d. Их делают на 1 - 2 мы ниже дна стружечной канавки.

Из уравнения (3) видно, что чем больше число зубьев и диаметр нарезаемого колеса, тем больше длина фрезы. Например, для колеса m = 5 мм, диаметром 5000 мм длина фрезы должна быть около 300 мм. Длину фрезы можно уменьшить, если ее сделать с заборным конусом (рис.4). В этом случае не только фреза становится короче (вместо l получается длина l₂), но и происходит перераспределение нагрузки на режущие зубья. При зубофрезеровании наибольшую площадь срезают зубья, входящие в работу.

Рис. 4. Червячная фреза с заборным конусом

Делая заборный конус, мы более равномерно распределяем работу резания на другие зубья вдоль оси фрезы. Вследствие этого происходит более равномерное изнашивание инструмента. Длина заборного конуса l_k делается 1,5-2 шага, а угол j_k = 18-30°.

Число зубьев фрезы должно быть по возможности наибольшим. С увеличением z_и увеличивается число резцов, уменьшается шероховатость поверхности, уменьшается толщина срезаемого слоя. Число зубьев насадных цельных фрез ограничивается условиями затылования, а сборных - условиями крепления зубьев. Для червячных фрез обычной точности принято z_и = 12-9, для прецизионных z_и = 16-12, для сборных затылованных z_и = 10-8.

Канавки, образующие переднюю поверхность зубьев и пространство для размещения стружки, могут быть винтовыми, перпендикулярными виткам зубьев фрезы на делительном диаметре в расчетном сечении, и прямыми, проходящими через ось, если передний угол g = 0, или параллельными оси, если g ¹ 0.

Стандартные фрезы изготовляют с канавками первого типа. Шаг винтовой канавки Р_к = pDctgw. Передние углы для левой и правой режущих кромок у таких фрез получаются одинаковыми.

Фрезы с прямыми канавками проще в заточке, и изготовляемые на основе архимедова червяка имеют меньшее теоретическое изменение профиля при переточках. Однако передние углы для левой и правой режущей кромок у них разные. С одной стороны, в осевом направлении g_о = +t, с другой стороны, g_о = -t. Поэтому фрезы с прямыми канавками делают с небольшими углами подъема витков t = 3-5°.

Глубина канавки для фрез с одним затылком

H_k = h_и +К + r

При двойном затыловании

где h_и - высота зуба фрезы, обычно h_и = 2,5m; К и К₁ - величина затылования шлифованной и нешлифованной части зуба, К₁ = (1,25 - 1,6) К; r - радиус закругления дна канавки, обычно r = 1-3 мм.

Для фрез, имеющих модуль более 5 мм, как правило, делается двойное затылование, так как из-за опасности срезания кругом режущей кромки следующего зуба при одинарном затыловании значительная часть зуба получается незатылованной. Поэтому первое затылование на величину К₁ делают резцом до термообработки фрезы, а второе на величину K - шлифовальным кругом после термообработки. Считается нормальным, если длина шлифованного затылка равна 0,5Р_z, т. е. доходит до сечения фрезы 2-0. Угол канавки e = 20-30°.

Рис.5. Параметры профиля зубьев фрезы

Размеры профиля зубьев показаны на рис. 5. Для фрез, профилируемых на основе конволютного червяка, профиль лежит в нормальном сечении к виткам, и его размеры определяются в этом сечении. Угол профиля таких фрез a_и принимается равным углу профиля a исходного контура зубчатой рейки.

Для фрез, профилируемых на основе архимедова червяка, профиль задается в осевом сечении фрезы. Вследствие затылования боковых поверхностей углы профиля для левой a_ил., и правой a_ип. стороны у них будут разными.

Для некорригированного зацепления шаг между зубьями фрезы в нормальном сечении P_n = pm_n, в осевом сечении Р_x = Р_nсоst.

Толщина зуба фрезы на делительной прямой

В ГОСТ 9324-80Е даны размеры зубьев фрез в нормальном сечении, в котором учтено утолщение зубьев DS и приводятся допуски на S_n в зависимости от модуля и классов точности червячных фрез. Для т = 1 - 25 мм DS = 0,09-0,4 мм. Высота зуба фрезы

h_{и =} h_{аи +} h_fи = (2,5 ¸2,6)m

где h_аи - высота головки зуба фрезы, равная высоте ножки зуба нарезаемого колеса, h_аи = (1,25¸1,3)m_n; h_fи - высота ножки зуба фрезы, h_fи = h_а + Сm_n; h_а - высота головки зуба колеса, равная модулю m_n С — коэффициент радиального зазора передачи, обычно С = 0,25 ¸ 0,3.

Радиусы округления вершины r₁, и впадины r₂, зубьев фрезы делают в пределах высоты переходной кривой, а точнее, радиального зазора. Для т = 1 мм и более r₁ = r₂ = 0,25 ¸ 3 мм. Если для повышения плавности зацепления головка зуба колеса несколько срезается, то ножка зубьев фрезы фланкируется, утолщается. Размеры фланка h_ф = (0,45 ¸ 0,5)m, a_f = (0,005 ¸ 0,02)m. Фланк может быть прямолинейным или вогнутым. У фрез с т > 5 мм для лучшего выхода шлифовального круга при затыловании профиля во впадине делаются канавки с размерами b₁ и h₁.

Геометрия зубьев фрезы. Стандартные червячные фрезы имеют передний угол g = 0 и задний угол по наружному диаметру а_b = 10 - 12°. Червячные фрезы могут проектироваться и изготовляться и с положительным передним углом g_b = 10 - 15°. В сечении, нормальном к боковым режущим кромкам, задний и передний углы будут иными, значительно меньшими, чем для вершинной режущей кромки.

Рис. 6. К определению бокового заднего угла

На рис. 6 показана схема определения боковых задних углов в нормальной сечении. Из рисунка видно, что

K_n/K = sina_и;

K_n = (pDa/z_и)/tga_n;

K = (pDa/z_и)/tga_в.

Разделив первое выражение на второе, получим

tga_n = tga_в sina_и

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - 21 Пантеизм Спинозы.

Аналогичное выражение можно получить и для переднего угла в нормальном сечении к боковым режущим кромкам

tgg_n = tgg_в sina_и.

С учетом того, что поверхности винтовые, задний угол в нормальном сечении к боковым режущим кромкам

tga_n = (R_a/R_c) tga_вsina_иcost_c,

где R_с - радиус фрезы для рассматриваемой точки С; t_c - угол подъема винтовой линии на цилиндре радиуса R_с.

Анализ этих уравнений показывает, что на боковых режущих кромках углы резания получаются недостаточными. Так, для фрезы, у которой a_и = 20°, g_в = 10°, a_и = 10 - 12°, имеем g_n = 2° 30', a_n = 2°30'- 3°.