Зуборезные инструменты

12. Зуборезные инструменты

Зубчатые передачи имеют широкое распространение в машиностроении. При конструировании зуборезного инструмента необходимо учитывать, что существуют зубчатые передачи эвольвентного, циклоидального, зацепления Новикова и других профилей. Наиболее распространенное - эвольвентное зацепление с углом 20°.

Основные принципы конструирования зуборезных инструментов для разных видов зацепления аналогичны, поэтому достаточно более подробно рассмотреть их применительно к обработке зубчатых колес эвольвентного зацепления.

Зубчатые колеса можно обрабатывать двумя основными методами:

- методом копирования - нарезание зубьев фасонным инструментом, форма режущей кромки, которого соответствует форме впадины зуба:

- методом обкатки - зубья колеса образуются в результате отно­сительного движения режущей кромки инструмента, представляющего собой профиль сопряженной рейки или профиль зуба сопряженного колеса.

В зависимости от метода обработки все зуборезные инструменты можно разделить на две группы:

- фасонные инструменты, работающие методом копирования: модульные дисковые и пальцевые фрезы; зуборезные головки; накатные ролики; протяжки;

- инструменты, работающие методом обкатки: зуборезные гребенки; червячные фрезы; долбяки; строгальные резцы; различные резцовые головки (для конических колес); шеверы; шлифовальные круги (со специальной правкой).

12.1. Дисковые модульные фрезы

Это фасонные фрезы с затылованными зубьями, профиль которых соответствует профилю впадины нарезаемого колеса (рис.34). Применяются в индивидуальном производстве и для ремонтных работ, для их использования не требуется специального оборудования, но точность обработанных колес невелика - 9-10 степень.

Рекомендуемые материалы

Профиль зуба состоит из рабочего участка - эвольвенты - отрезок АВ и нерабочего - переходной кривой ВС. Координаты профиля определяются аналитически или графическим построением. Для упрощения расчетов имеются специальные таблицы.

Форма эвольвенты зависит от диаметра основной окружности, поэтому для каждого числа зубьев нарезаемого колеса следовало бы иметь дисковую модульную фрезы. Это дорого и неудобно, поэтому одну фрезу применяют для нарезания колес с близким числом зубьев; от 12 до бесконечности (рейка) используют наборы модульных фрез из 8 штук (основной до m = 8 включительно), 15 и 26 штук (см табл).

Профиль зуба фрезы рассчитывается для меньшего числа зубьев нарезаемого колеса.

Для сохранения точности профиля дисковых модульных фрез обычно используют предварительное фрезерование черновыми модульными фрезами с передним углом 8-10°.

Чистовые фрезы применяют для снятия небольшого припуска, передний угол у них равен нулю.

Профиль фрез обычно нешлифованный, для повышения их точности иногда применяется шлифование профиля, в этом случае выполняется двойное затылование.

12.2. Пальцевые модульные фрезы

Применяются эти фрезы (рис.34) в тяжелом машиностроении для фрезерования прямозубых, косозубых и шевронных колес крупного модуля (свыше 20 мм).

Чистовая пальцевая фреза - затылованная фреза с передним углом равным нулю. Профиль ее в осевом сечении соответствует профилю впадины прямозубого зубчатого колеса, для косозубого и шевронного необходим специальный расчет, так как осевой профиль фрезы отличается от профиля впадины колеса в нормальном сечении.

Черновая пальцевая фреза, имеет передний угол γ=8-10° и стружкоразделительные канавки.

Пальцевые фрезы могут быть сборными.

Наружный диаметр и длина фрезы выбираются в зависимости от размеров профиля.

Из-за разного диаметра фрезы задний угол при затыловании на длине зуба различный; чтобы уменьшить эту разницу, применяют косое затылование под углом 10-15°.

12.3. Зуборезные гребенки

Зуборезная гребенка - один из первых появившихся инструментов для обработки зубчатых колес методом обкатки. В настоящее время применяется сравнительно редко.

Зуборезная гребенка осуществляет обработку зубчатого колеса строганием, совершая возвратно-поступательные движения и обкатываясь относительно обрабатываемого колеса.

Нарезание зубчатых колес гребенкой более точный, но менее производительный метод по сравнению с обработкой червячной зуборезной фрезой.

Существуют два вида гребенок: прямозубые - для обработки
цилиндрических колес и косозубые - для обработки шевронных
колес.

Прямозубые гребенки бывают 2-х типов (рис 35): у одной из них передний угол получается наклонной установкой на станке, другая, имеет передний угол и устанавливается на станке горизонтально.

Косозубые гребенки применяются для нарезания шевронных колес без канавки. Угол β у гребенок равен 30°. Изготавливаются гребенки в комплекте попарно–правая и левая (рис.36).

Для создания одинаковых передних углов с обеих сторон зуба гребенки делается специальная заточка по передней грани.

Затачиваются гребенки по передней грани. Для увеличения передних углов на боковых режущих кромках по передней грани производится специальная заточка выемки (рис.37).

12.4. Червячные фрезы

Червячные фрезы предназначены для обработки зубчатых колес методом обкатки. Процесс образования профиля зубьев колеса аналогичен процессу зацепления колеса с червяком, фреза, помимо вращательного движения, имеет поступательное движение вдоль оси заготовки, которая вращается вокруг своей оси. Профиль зуба колеса образуется путем последовательного вырезания металла каждым зубом фрезы.

Для сообщения червяку режущих свойств на нем прорезают продольные винтовые стружечные канавки, равномерно расположенные по окружности, а для обеспечения задних углов и сохранения профиля зуба фрезы при переточках, на зубьях фрезы затылованием образуется задняя поверхность.

Таким образом режущая кромка зуба фрезы представляет собой линию пересечения винтовых поверхностей: основного червяка, стружечной канавки и затыловочной поверхности.

Эти особенности образования профиля червячных фрез необходимо учитывать при их конструировании, изготовлении и эксплуатации.

12.4.1. Винтовые поверхности, их образование

Боковая поверхность витка червяка является винтовой поверхностью, образующейся в результате винтового движения линии в пространстве. В основу червячных зуборезных фрез положены винтовые поверхности, образованные винтовым движением отрезка прямой линии (рис.38).

При винтовом движении линии, проходящей через ось винтовой поверхности и наклонной под некоторым углом к этой оси, образуется архимедова винтовая поверхность. Характерными признаками её являются:

- прямая линия в сечении винтовой поверхности плоскостью, проходящей через ось винтовой поверхности;

- спираль Архимеда в сечении плоскостью, перпендикулярной
оси винтовой поверхности.

При винтовом движении линии относительно образующего цилиндра, называемого основным, причем угол наклона линии к горизонтальной плоскости равен углу подъема винтовой линии на этом цилиндре, образуется эвольвентная винтовая поверхность; её признаки:

- прямая линия в сечении винтовой поверхности плоскостью,
касательной к образующему цилиндру;

- эвольвента в сечении плоскостью, перпендикулярной оси винтовой поверхности.

При винтовом движении линии относительно образующего цилиндра, называемого делительным, наклоненной под углом подъема винта к оси на этом делительном цилиндре, получается конволютная винтовая поверхность.

Её основные признаки:

- прямая линия в сечении плоскостью, перпендикулярной направлению подъема винтовой линии на делительном цилиндре;

- удлиненная или укороченная эвольвента (конволюта) в сечении плоскостью, перпендикулярной оси поверхности.

Образовать, то есть обработать соответствующую винтовую поверхность, можно, используя ее свойства. Для этого прямолинейную режущую кромку инструмента - обычно резца - необходимо расположить во время работы так, чтобы ее положение соответствовало положению прямой при геометрическом образовании той или иной винтовой поверхности (рис. 39).

Для обработки архимедовой винтовой поверхности передняя грань резца с прямолинейными режущими кромками должна располагаться в осевой плоскости этой поверхности.

Для обработки эвольвентной винтовой поверхности передняя грань резца с прямолинейной режущей кромкой должна быть расположена в плоскости, касательной к образующей основного цилиндра выше или ниже оси. Для обработки конволютной винтовой поверхности передняя грань резца с прямолинейными режущими кромками должна быть расположена в плоскости, перпендикулярной направлению винтовой линии на делительном цилиндре.

Изделия, основные рабочие поверхности которых представляют собой винтовые поверхности, принято называть в технике червяками. В зависимости от названия винтовой поверхности они могут быть следующими:

- архимедов червяк;

- эвольвентный червяк;

- конволютный червяк.

12.4.2. Профилирование червячных фрез

Кинематика обкатки достаточно сложна: червячная фреза представляет собой винтовую деталь в сочетании с винтовыми стружечными канавками и затылованными задними винтовыми поверхностями зубьев, поэтому режущие кромки зубьев фрезы - пространственные кривые. Профиль зуба фрезы может быть прямолинейным; и аналогичным прямолинейному профилю инструментальной рейки только у незатылованной червячной фрезы с углом подъема нарезки и углом наклона стружечных канавок равными нулю. Чем больше угол подъема нарезки, тем больше профиль зуба фрезы будет отличаться от рейки.

Для сравнительно небольших углов 2-5° профили фрезы и рейки отождествляются, то есть предполагается, что фреза и обрабатываемое зубчатое колесо осуществляют зацепление в плоскости, а режущие кромки являются плоскими линиями. Погрешность, получаемая при таком приближенном расчете обычно удовлетворяет практическим требованиям.

В зависимости от червяка, положенного в основу червячной

фрезы при её профилировании, существуют следующие конструкции фрез:

- архимедовы червячные фрезы;

- эвольвентные червячные фрезы;

- конволютные червячные фрезы.

Архимедовы червячные фрезы, имеющие прямолинейный профиль в осевом сечении, применяют обычно для обработки червячных зубчатых колес.

Конволютные червячные фрезы, имеющие прямолинейный профиль в сечении, перпендикулярном направлению нарезки, получили широкое распространение для обработки цилиндрических зубчатых колес с прямыми и винтовыми зубьями».

Эвольвентные червячные фрезы из-за сложности изготовления широкого распространения не получили и применяются очень редко

Профилирование червячных фрез для других видов зацепления (не эвольвентных) осуществляется на основе соответствующих винтовых поверхностей или червяков: циклоидальное зацепление, зацепление Новикова и т.д.

12.4.3. Конструкция и геометрия червячных фрез

Червячные зуборезные фрезы, работающие методом обкатки, получили широкое распространение из-за следующих своих достоинств:

- высокая точность обработки зубчатых колес (до 6 степени точности)

- универсальность (одной и той же фрезой обрабатываются колеса
с разным числом зубьев);

- высокая производительность (непрерывность процесса).

Червячные фрезы можно классифицировать по ряду параметров:

- по назначению - чистовые и черновые;

- по устройству - цельные и сборные;

- по виду крепления - насадные и хвостовые;

- по числу заходов - однозаходные и многозаходные;

- по конструкции зуба - затылованные и острозаточенные.

Точность червячных фрез регламентирована государственными стандартами, Классы точности чистовых фрез для цилиндрических колес: ААА, АА, А, В, С и D для получения степени точности колес соответственно от 6 до 11.

Основные конструктивные элементы червячной зуборезной фрезы (рис. 40):

t_Н - шаг профиля зуба в нормальном сечении;

S_Н - толщина зуба в нормальном сечении;

h - высота зуба;

h₁h₂ - соответственно высота головки и ножки зуба;

De - наружный диаметр фрезы;

d - диаметр отверстия фрезы;

L - общая длина;

L₁- длина рабочей части;

D_t- расчетный диаметр делительного цилиндра;

Z - число зубьев фрезы;

τ - угол подъема нарезки;

ω  -  угол наклона стружечных канавок;

t_оe- осевой шаг нарезки;

S_k - шаг стружечных канавок;

V - угол впадины стружечной канавки;

z - радиус закругления дна впадины;

Н - глубина канавки;

α - задний угол;

К и К₁ - величины затылования;

D₁ - диаметр буртиков.

Исходными данными для проектирования червячной зуборезной фрезы являются:

- нормальный модуль - m;

- угол профиля (зацепления) в нормальном сечении - α_д;

- тип рейки (черновая или чистовая фреза, фланкированное зацепление и т.д.).

Ряд величин при проектировании фрезы выбирается из стандартов

и справочных источников в зависимости от модуля: De; α; Z; V; z; D₁.

Остальные величины подсчитываются.

Шаг профиля зуба в нормальном сечении фрезы должен быть равен шагу нарезаемого колеса:

t_N = π·m

Толщина зуба в нормальном сечении для чистовой фрезы:

S = t_N/2

При расчете черновой фрезы необходимо учесть припуск на чистовую обработку, то есть:

S = t_N/2 - ∆

Высоты зуба определяются по следующим формулам:

h₁ = 1.25·m, h₂ = 1.25·m, h = h₁+h₂ = 2.5·m.

Длина рабочей части фрезы должна быть не меньше проекции линии зацепления на начальную прямую фрезы, а с учетом её рациональной эксплуатации (перестановка вдоль оси и поворот для равномерного износа зубьев) несколько больше:

,

         где R_ek и R_ik  - наружный и внутренний радиусы наибольшего, нарезаемого этой фрезой зубчатого колеса. Окончательно длина рабочей части устанавливается после сравнения с рекомендуемой стандартом.

Величина затылования определяется по величине заднего угла на вершине зуба фрезы

α = 1112°:

K = π×D_e×tgα/Z;

предварительное затылованне в случае шлифования профиля фрезы:

.

Расчетный диаметр делительного цилиндра:

D_t = D_e- 2.5m - 0.25K.

Угол подъема нарезки:

.

Для создания одинаковых условий резания на боковых сторонах зуба фрезы угол наклона стружечной канавки делают обычно равным углу подъема нарезки:

ω = τ.

Для настройки станков (токарного, затыловочного, фрезерного) необходимо знать осевой шаг нарезки фрезы и шаг винтовой стружечной канавки:

;

S_K = π×D_t/tgτ.

Угол впадины стружечной канавки принимается равным 20-25°. Основным материалом для изготовления червячных зуборезных

фрез является быстрорежущая сталь разных марок.

Направления совершенствования конструкций червячных фрез для

цилиндрических зубчатых колес:

- создание сборных фрез;

- применение твердого сплава для зубьев сборных фрез;

- совершенствование геометрии фрез;

- применение острозаточенных зубьев.

12.5. Фрезы для червячных зубчатых колес

Фреза для червячного колеса должна быть копией червяка: диаметр ее, шаг и угол должны соответствовать тем же элементам червяка.

Выбор типа червячной фрезы (архимедова, эвольвентная или конволютная) зависит от типа червяка в передаче.

Обычно основой фрезы является архимедов червяк, поскольку он наиболее распространен в червячных передачах из-за простоты изготовления и контроля (прямолинейный профиль в осевом сечении),

Фрезерование червячных колес можно производить двумя методами: с радиальной подачей, с тангенциальной подачей (рис. 41).

Фрезы, предназначенные для тангенциальной подачи, имеют заборный конус.

Фрезерование с тангенциальной подачей более точное, но для его осуществления в зубофрезерном станке необходим специальный механизм - протяжной суппорт.

Порядок расчета червячной фрезы для червячных колес в основном аналогичен расчету червячных фрез для цилиндрических колес.

При расчете необходимо учитывать некоторые особенности работы фрезы. Делительный диаметр фрезы определяется с учетом запаса фрезы на переточку, то есть у новой фрезы он больше, чем у червяка:

D_t = D_{ср.черв} + 2(0,25+0,1)m.

Осевой шаг фрезы должен соответствовать осевому шагу червяка:

.

При конструировании червячных фрез необходимо учитывать условия их эксплуатации: станок, метод крепления, подача, возможности изготовления и т.д.

12.6. Долбяки

Долбяк представляет собой режущий инструмент, выполненный в виде коррегированного зубчатого колеса, имеющего режущие кромки. При обработке зубчатых колес долбяки работают методом обкатки.

По конструкции различают долбяки:

- дисковые;

- чашечные;

- хвостовые (рис. 42).

В зависимоти от назначения долбяки подразделяются на:

- прямозубые, для нарезания прямозубых цилиндрических зубчатых колес;

- косозубые, для нарезания косозубых цилиндрических зубчатых колес;

- косозубые (парные), для нарезания шевронных зубчатых колес.

Долбяки изготавливаются трех классов точности:

- АА  - для нарезания колес 6 степени точности;

- А   - для нарезания колес 7 степени точности;

- В   - для нарезания колес 8 степени точности.

Долбяки являются наиболее универсальными зуборезными инструментами, они незаменимы при обработке зубчатых колес с внутренним зубчатым венцом и при обработке блочных зубчатых колес.

Точность обработки долбяками обычно выше точности обработки червячными фрезами, но производительность ниже.

12.6.1. Принципы конструирования долбяка

Долбяк можно рассматривать как совокупность бесконечно большого количества элементарных зубчатых колес с положительным, нулевым и отрицательным смещением исходного контура рейки и бесконечно малой толщиной обода (рис.43).

Для расчета долбяка принимается определенное сечение АА, отстоящее от переднего торца на расстоянии α. В этом сечении профиль зубьев соответствует стандартной рейке и совпадает с размерами зубчатого колеса:

- шаг по делительной окружности ;

- диаметр основной окружности  (D_t -  диаметр делительной окружности);

- толщина зуба.

Это сечение называется исходным.

Передний торец отстоит от исходного сечения на величину α, из-за наличия угла α_в он смещен на величину +х, то есть имеет место высотная коррекция: в этом сечении долбяк будет  коррегированным колесом.

Величина смещения:

x = ξ × m,

где ξ - коэффициент смещения.

Их треугольника ∆ABC можно определить расстояние переднего торца до исходного контура:

α = (ξ × m) / tg α_В .

Это расстояние называется исходным расстоянием.

Расчет долбяка состоит в определении его размеров по передней поверхности в зависимости от размеров исходного контура, геометрии долбяка и исходного расстояния.

Толщина зуба долбяка по делительному цилиндру в плоскости передней поверхности:

.

Или, подставляя известные значения:

.

При определении диаметра делительной окружности следует учитывать: чем он меньше, тем более жестче долбяк и точнее обрабатываемые колеса.

Максимальный коэффициент смещения ξ_max можно определить, зная минимальную допустимую толщину Se` зуба долбяка по окружности выступов. Эта величина определяет стойкость долбяка и принимается из справочных данных в зависимости от модуля и числа зубьев долбяка.

По мере затупления долбяк перетачивается по передней грани. Максимально допустимое уменьшение длины зуба после переточек:

B = d – ε_min×m/tgα_B,

где ξ_min - минимальный коэффициент смещения, выбираемый из справочных данных в зависимости от особенностей работы данного долбяка.

Остальные параметры долбяка при его конструировании определяются на основе руководящих и справочных материалов, содержащихся в пособиях по расчету.

У долбяка  помимо высотной имеется и угловая коррекция. В связи с наличием переднего и заднего углов долбяка, режущие кромки его зубьев будут представлять собой пространственные кривые, отличные от эвольвенты. Из-за этого в профиль зуба нарезаемого зубчатого колеса будут вноситься искажения. Для уменьшения их необходимо изменить профильный угол долбяка.

На рисунке (рис.44) видно, что:

tgα₀ = l/h_n = l/(h – ),

а из ∆BCD и ∆АCD:

BC = CD×tgα_в = h×tgγ_в×tgα_в,

поэтому:

tgα₀ = tgα_d/(1 – tgγ_в×tgα_в).

Таким образом профильный угол долбяка должен быть несколько больше стандартного угла 20°.

12.6.2. Особенности работы долбяка

В отличие от червячных зуборезных фрез долбяк не является универсальным инструментом. Это связано с тем, что форма эвольвенты как самого долбяка, так и нарезаемых им колес зависит от основного диаметра. Одновременно расположение эвольвентного участка на режущей кромке долбяка зависит от величины исходного расстояния.

Поэтому в определенных условиях при обработке зубчатых колес долбяком имеют место следующие явления:

- наложение (интерференция) профилей нарезаемых колес;

- подрезание ножки или срезание головки зуба нарезаемого колеса.

На рисунке (рис.45) показан эвольвентный участок АВ зуба первого колеса, нарезанного долбяком, на участке АС происходит зацепление со вторым колесом, нарезанным этим же долбяком. ВД - неэвольвентный участок у основания зуба колеса. Если увеличивать число зубьев второго колеса, то будет увеличиваться активный участок зацепления АС. При AC>АВ профили колес будут пересекаться и внедряться один в другой, что вызовет неравномерный ход, шум и быстрый износ зубьев.

 Для устранения этого явления необходимо, чтобы R_С>R_В, с этой целью производится специальный расчет долбяка на интерференцию.

При нарезании долбяком с большим числом зубьев колеса с малым числом зубьев возникает опасность подрезания ножки зуба. При нарезании долбяком с малым числом зубьев колеса о большим числом зубьев появляется опасность "подрезания" ножки зуба долбяка, то есть ножка зуба долбяка срезает головку зуба колеса.

Для устранения подрезания и срезания необходимо выполнить расчет долбяка на отсутствие этого явления.

При выполнении расчетов долбяка на отсутствие рассмотренных явлений следует иметь ввиду, что устранения их можно добиться следующим:

- изменить величину исходного расстояния;

- изменить число зубьев долбяка;

- увеличить высоту головки зуба долбяка до 1,3 m.

12.6.3. Косозубые долбяки

Косозубые долбяки для косозубых колес могут быть правые и левые. Аналогично прямозубым долбякам они имеют передний и задний углы, расчетное сечение, расположенное на некотором расстоянии от торца. Существуют две конструкции долбяков, отличающиеся формой зуба (рис.46); У косозубых долбяков следует различать два сечения - торцевое АВ и нормальное ВС. Все расчеты производятся в торцевом сечении АВ. Если колесо, для которого предназначен долбяк, имеет определенный модуль в нормальном сечении, то для долбяка он пересчитывается на торцевой:

m_Т=m_Н / cosβ,

после чего расчеты косозубого долбяка выполняются по формулам для прямозубого долбяка.

Косозубые долбяки для шевронных колес выполняются только по типу I, работают в комплекте из двух штук - с правым и левым наклоном зубьев. Эти долбяки имеют стандартный модуль в торцевом сечении.

12.7. Шеверы

Шеверы применяются для окончательной обработки зубчатых колес.

Процесс обработки представляет собой скобление боковых сторон зубьев колеса режущими кромками инструмента и называется шевингованием.

Шеверы работают методом обкатки.

По конструкции различают следующие типы шеверов (рис. 47):

- дисковый шевер, являющийся наиболее распространенным;

- шевер-рейка;

- червячный шевер;

- кромочный шевер;

- мелкомодульный шевер (разновидность дискового, отличающийся от него сквозными канавками на зубьях);

- абразивный шевер.

Дисковый шевер представляет собой инструмент, основой которого служит коррегированное зубчатое колесо.

На схеме (рис. 48) видно, что при работе шевера точка А_ш

его режущей кромки скользит относительно зуба обрабатываемого колеса, производя шевингование зуба. Скорость этого относительного скольжения и является скоростью резания, которая переменна, а абсолютная величина ее зависит от угла скрещивания β осей шевера и заготовки. Обычно угол скрещивания 10°-15°.

Основными конструктивными элементами дискового шевера являются:

- диаметр делительной окружности по торцу;

- диаметр основной окружности по торцу;

- торцевой модуль, который необходимо рассчитывать, учитывая, что стандартный модуль - в нормальном сечении шевера;

- число зубьев;

- ширина шевера.

Для улучшения работы шевера профиль его зубьев коррегируют, тогда искажения, вносимые в профиль зуба колеса из-за разных скоростей на режущих кромках шевера, устраняются. Величины отклонений устанавливаются опытным путем.

При работе шевера - рейки процесс шевингования происходит аналогично.

Червячный шевер - это по всем параметрам точная копия червяка, находящегося в зацеплении с обрабатываемом червячным колесом.

 Червячный шевер может иметь профиль архимедова, эвольвентного или конволютного червяка, это позволяет окончательную обработку червячных колес производить очень точно. Режущие кромки червячного шевера образуются за счет канавок на боковых сторонах витков червяка, они небольшие и могут иметь разные направления для регулирования образования стружки.

В последнее время для чистовой обработки закаленных зубчатых колес все большее распространение получают абразивные шеверы, представляющие собой зубчатое колесо из соответствующего материала.

12.8. Инструменты для конических зубчатых колес

Наибольшее распространение в машиностроении получили конические зубчатые колеса следующих типов:

- прямозубые с радиальным направлением зубьев;

- с криволинейными зубьями:

- с круговыми зубьями;

Прямозубые конические зубчатые колеса обрабатываются методом копирования:

- дисковыми и пальцевыми модульными фрезами;

- круговыми протяжками;

- а также методом обкатки:    

- зубострогальными резцами;

- резцовыми головками (фрезами), причем и резцы и головки являются односторонними и работают в паре, для одновременной обработки обеих сторон зуба колеса.

Конические зубчатые колеса с круговыми зубьями обрабатываются только методом обкатки.

Для нарезания прямозубых конических зубчатых колес методом копирования применяются стандартные модульные фрезы, это характерно для индивидуального производства. В массовом производстве используется круговая протяжка.

Круговая протяжка (рис. 49) представляет собой диск с закрепленными на нем 15 блоками с 75 зубьями для черновой и получистовой обработки и 4 блоками с 20 зубьями для чистовой обработки.
Окончательная обработка впадины происходит за один оборот протяжки.
Подача осуществляется перемещением протяжки вдоль впадины зуба.
Зубья блоков затылования, профиль зуба очерчен по дуге окружности
вместо эвольвенты.     

Зубострогальные резцы (рис. 50), используемые для обработки прямозубых конических колес методом обкатки, представляют собой призматическое тело с определенной геометрией и резьбовыми отверстиями для крепления в станке. Для образования заднего угла при работе резцы, работающие в паре, устанавливаются на специальной откидной державке.

Затачиваются резцы по передней грани, заточка должна быть очень точной, иначе появляются искажения в профиле зуба нарезаемого колеса.

Резцовые головки (фрезы) (рис.51) работают в комплекте из двух штук на специальном станке, диаметры их 150 мм или 275 мм.

Устанавливаются фрезы на наклонных шпинделях: зубья одной фрезы при работе входят во впадины между зубьями другой. Подача вдоль зубьев отсутствует, поэтому дно впадины получается вогнутым. Зубья фрез затылуются, заточка производится по передней грани. Основное достоинство обработки этими резцовыми головками: производительность выше в 3-4 раза по сравнению с зубостроганием.

Зуборезная резцовая головка для обработки конических зубчатых колес с круговыми зубьями (рис. 52) представляет собой торцовую фрезу специального назначения. Головки малых размеров (до 80 мм) изготавливаются цельными, больших (100-1000 мм) - сборными.

В зависимости от характера обработки головки делятся на черновые и чистовые, правого и левого вращения, односторонние; двухсторонние и трехсторонние.

 Односторонние головки имеют либо наружные резцы для нарезания вогнутой стороны зуба, либо внутренние - для нарезания выпуклой стороны.

В двухсторонних и трехсторонних резцы чередуются.

Резцы 8 вставляются в пазы корпуса 6 и закрепляются винтами 7. В радиальном направлении вылет резца регулируется прокладкой 3 и клином 2, перемещаемым винтом 4. Количество резцов в головке от 2 до 32.

Корпус 6 имеет коническое отверстие 1:24 и четыре крепежных отверстия 9. Резьбовые отверстия 5 - для облегчения съема головки со станка.

На пробке I наносится маркировка головки в зависимости от её настройки.

Черновая обработка колес резцовыми головками может осуществляться методом копирования.

Резцы для зуборезной головки (рис. 53) подразделяются на чистовые и черновые, правые и левые, наружные и внутренние.

В зависимости от вида резца осуществляется его заточка и затылование.

Для различных по своим параметрам колес должны применятся разные по своим размерам и геометрии резцы, для этого они подразделяются по номерам. Номер резца связан с корректировкой угла профиля резца для получения стандартного угла 20° на обрабатываемых зубчатых колесах.

Головка для чернового нарезания колеса должна иметь номер резцов больше, чем для чистового.

Обработка конических колес с круговыми зубьями чрезвычайно сложна и по настройке станка, и по настройке инструмента, требует специальной подготовки и серьезных практических навыков.

13. Инструменты, работающие методом обкатки для неэвольвентных профилей

Методом обкатки можно обрабатывать не только зубчатые колеса, но и другие зубчатые изделия. Это шлицевые валики, храповые колеса, многогранные изделия, звездочки для цепей и т.д. (рис.54).

Для обработки этих изделий применяются следующие инструменты, работающие методом обкатки:

- червячные фрезы;

- долбяки;

- обкаточные резцы (рис.55)

Наибольшее распространение получили червячные шлицевые фрезы, предназначенные для обработки шлицевых валов, имеющих прямолинейный профиль.

Для обработки неэвольвентных профилей применяются специальные долбяки, аналогичные по конструкции зуборезным долбякам, но имеющие соответствующий профиль.

Обкаточный резец имеет фасонный профиль, который в результате обкаточного движения формирует профиль детали.

Сложность изготовления этих резцов и приспособлений для них не позволяет широко использовать этот метод.

13.1. Червячная шлицевая фреза

Основу конструкции червячной шлицевой фрезы составляет червячная фреза, работающая методом обкатки и имеющая все основные параметры, соответствующие червячной фрезе для обработки зубчатых колес.

Особенность конструирования червячных шлицевых фрез заключается в определении профиля зуба фрезы.

Профиль зуба фрезы можно определить следующими методами:

- аналитическим, определением координат кривой профиля;

- графическим, построением кривой профиля.

Аналитический метод позволяет вычислить координаты кривой профиля зуба с любой точностью и поэтому является основным. Графический дает возможность наглядно представить процесс обкатки, но из-за неточности применяется обычно в качестве вспомогательного - для приближенной проверки аналитического.

Для вывода уравнения профиля зуба фрезы можно рассмотреть два последовательных положения профиля зуба фрезы и профиля детали, находящихся в зацеплении (рис.56). В первом положении профили касаются в точке Р полюса зацепления. Во втором положении точкой касания будет точка С, рейка переместилась вправо на величину РВ, а деталь должна повернуться на некоторый угол φ (в радианах), то есть РВ = R_N • φ.

Общая нормаль к сопряженным профилям в точке касания должна проходить через полюс зацепления, поэтому в точке С прямая СР должна быть перпендикулярна профилю детали.

Для нахождения координат кривой зуба фрезы используется теорема: сумма проекций замкнутой ломаной линии на ось равна нулю.

Проектируя ломаную РСДВР последовательно на оси X и У и произведя необходимые преобразования, можно получить уравнения профиля зуба фрезы:

.

Радиус начальной окружности R_N не может быть задан произвольное: от него зависит величина f переходной кривой. В то же время необходимо обеспечить полную обработку профиля детали. Поэтому для определения радиуса начальной окружности находится уравнение линии зацепления и максимальное значение расстояния крайней точки линии зацепления от оси шлицевого валика.

Таким образом можно получить уравнение радиуса начальной окружности:

,

где d - половина шлицевого выступа.

Для упрощения изготовления фрезы криволинейный профиль зуба можно заменить дугой окружности. Для этой цели можно определить координаты центра окружности и её радиус. Замена возможна в том случае, если появляющиеся погрешности не превышают допусков на изготовление шлицев.

Конструктивные элементы и другие расчетные параметры фрезы выбираются и рассчитываются аналогично червячной зуборезной фрезе. При фрезеровании шлицевого валика червячной шлицевой фрезой у основания шлица получается переходная кривая, уменьшающая рабочую поверхность шлица. Для устранения переходных кривых на фрезе выполняются специальные выступы - "усики", которые позволяют "утопить" переходные кривые в тело вала (рис.57).

Более рациональная конструкция фрезы - фреза с удлиненным зубом. У этой фрезы высота зуба h>R_e - r_i. Особенность ее работы заключается в том, что впадину она формирует методом копирования вершинами зубьев, имеющими форму дуги окружности с радиусом r_i . Переходные кривые получаются в пределах 0,1-0,15 мм. Такая фреза сложна в изготовлении, установка её осуществляется по шаблону (рис. 58).

Графический метод построения профиля зуба червячной шлицевой фрезы применяется обычно для проверки правильности аналитического расчета, для изготовления шаблонов (на профилешлифовальном станке).

Достоинства его - наглядность и простота, недостаток – малая точность, поэтому выполняется построение всегда в увеличенном масштабе.         

Построение профиля выполняется следующим образом (рис. 59). На листе бумаги в увеличенном масштабе (5:1; 10:1; 20:1) вычерчивается впадина шлицевого валика, которая делится по дуге начальной окружности на 10-12 равных частей, точки этих делений соединяются с центром валика прямыми линиями. Затем, на листе кальки в том же масштабе проводятся две параллельные линии на расстоянии друг от друга, равном радиусу начальной окружности, а перпендикулярно им - 10-12 линий, расстояние между которыми равно дугам, на которые разделена шлицевая впадина на чертеже, После этих подготовительных работ выполняется непосредственно построение профиля зуба фрезы.

Для этого калька накладывается на чертеж таким образом, чтобы линия 00 на кальке совпала с лучом 00 на чертеже, после чего на кальке карандашом обводится видимый контур шлицевой впадины. Затем линия 01 на кальке совмещается с лучом 01 на чертеже и опять на кальке обводится контур шлицевой впадины. После выполнения этой операции для всех участков впадины на кальке получится семейство последовательных положений ее при повороте в процессе обработки. Огибающая этих последовательных положений и является профилем зуба червячной шлицевой фрезы.

Совпадение профиля зуба, выполненного графическим построением с профилем зуба, вычерченным на основании аналитического расчета, свидетельствует о правильности расчета фрезы.

14. Инструменты для автоматизированного производства и станков с программным управлением

Эффективность автоматизированного производства в значительной степени зависит от применяемого инструмента, эффективности его, надежности в работе, сокращения времени на замену и регулировку.

В связи с этим к инструментам для автоматических линий, агрегатных станков, обрабатывающих центров, станков с программным управлением предъявляются особые требования:

- высокие режущие свойства за счет применения современных
инструментальных материалов и оптимальной геометрии;

- конструктивное обеспечение минимальных затрат времени на регулировку и замену инструмента;

- создание условий для оптимального формирования и удаления стружки из зоны резания;

- обеспечение стабильности размеров при заданном периоде стойкости инструмента.

14.1. Методы повышения стойкости и производительности инструментов

Количество инструментов в автоматизированных станках и линиях достигает нескольких десятков и даже сотен штук. Выход хотя бы одного из них из строя влечет за собой остановку всего производства. Необходима высокая режущая способность инструментов.

Для инструментов автоматизированного производства необходимо применять самые прочные современные инструментальные материалы. Это в первую очередь твердые сплавы, высококачественные быстрорежущие стали, композитные инструментальные материалы на основе эльбора, износостойкие минералокерамические материалы.

Большую роль играет правильный выбор геометрических параметров режущей части инструментов. Для конкретных случаев следует оптимизировать геометрию инструмента; сложность оптимизации, проводимой обычно экспериментально, оправдана получаемой эффективностью использования инструментов.

Существенное влияние на работоспособность инструментов оказывает метод крепления твердосплавных пластин. Более рациональным является механическое крепление. Целесообразно использовать многогранные неперетачиваемые пластины.

Эффективным средством повышения стойкости служит подача CОЖ в зону резания под давлением 2-4 атмосферы. Особенно это важно для таких инструментов как сверла.

Существенным методом повышения производительности инструментов является применение комбинированных инструментов. Наиболее характерно это направление при проектировании инструментов для обработки отверстий: сверло - зенкер, зенкер - развертка, многоступенчатая развертка и т.д. (рис. 60).

14.2. Обеспечение регулировки и замены инструмента

Для сокращения потерь времени применяется бесподналадочный инструмент. Этот инструмент имеет элемент (обычно винт) для компенсации износа или неточности изготовления и настройка его производится вне станка.

Метод пригоден как для единичных инструментов, так и для многорезцовых наладок с использованием блочных резцедержателей.

Важным резервом экономии времени является использование быстросменных патронов и методов крепления инструментов на станках.

Настройка инструментов вне станка применяется для самых разнообразных инструментов: борштанг, фрез, протяжек, зубодолбежных головок и т.д.

Увеличение размерной стойкости инструмента можно обеспечить за счет периодического обновления его режущих лезвий: применение многогранных пластинок твердого сплава, использование чашечных резцов и резцов для ротационного точения. Повышение стойкости червячной фрезы осуществляется за счет ее передвижения вдоль оси на величину осевого шага.

Эффективным средством сокращения времени на установку инструмента является быстросменность (рис. 61).

Широкое применение имеют типовые конструкции быстросменного крепления резцов как отдельных, так и в блоке.

В необходимых случаях производится автоматическая замена инструментов, например зубозакругляющих пальцевых фрез.

14.3. Формирование и отвод стружки

Для формирования и отвода стружки применяются резцы со стружколомающими средствами в виде порожков, лунок, накладных стружколомов, экранов и т.д.

Заслуживают внимания устройства для кинематического дробления стружки за счет периодических колебаний резца в направлении подачи. На кулачках, работающих на автоматах, для этой цели выполняют канавки определенной формы и размеров. При использовании ротационных резцов на их лезвия наносятся специальные канавки или насечка.

"8 Препараты половых гормонов" - тут тоже много полезного для Вас.

При обработке отверстий эффективным методом удаления стружки является вымывание ее из зоны резания, подаваемой под давлением СОЖ.

14.4. Обеспечение стабильности размеров

При эксплуатации автоматизированного оборудования важно знать момент необходимой остановки его для замены инструмента.

Для этой цели необходима сигнализация о состоянии инструмента.

Существуют различные конструкции устройств, главным образом электромеханические и электронные, которые позволяют получить информацию о необходимости замены инструмента. Исходными данными для таких устройств служит изменение сил резания в связи с затуплением или поломкой инструмента, или изменения размеров обрабатываемой детали.

В последнее время находят применение адаптивные системы автоматизированной обработки, в которых при изменении размеров обрабатываемой детали осуществляется автоматическая поднастройка инструмента.