CC BY
110
УДК 621.833
СБОРНАЯ ТВЕРДОСПЛАВНАЯ ЧЕРВЯЧНАЯ ФРЕЗА
Н.Д. Феофилов, В.Н Скрябин, Нгуен Хонг Тиен
Рассмотрена конструкция и возможность использования сборной червячной фрезы с поворотными твердосплавными рейками для чистовой зубообработки закаленных зубчатых колес на зубофрезерных станках с электромеханической системой управления и стенках с ЧПУ. Приведены рекомендации по изготовлению и использованию инструмента.
Ключевые слова: зубофрезерование, обкатка, цикл, подача.
Чистовая обработка закаленных цилиндрических зубчатых колес характеризуется высокой трудоемкостью, а поэтому ее совершенствование является актуальной задачей для промышленности. При этом для боковых сторон зубьев используется как метод обкатки, так и метод копирования. При обкатке основными способами являются: шлифование червячными, тарельчатыми и конусными абразивными кругами; фрезерование твердосплавными червячными фрезами, хонингование без жесткой кинематической связи абразивными, эльборовыми и алмазными хонами. Обработка копированием осуществляется профильными шлифовальными кругами. Точность профиля зубчатого венца зависит от точности профиля шлифовального круга и его расположения относительно заготовки колеса. Достоинства копирования - высокая производительность и точность обработки. К недостаткам следует отнести трудоемкость наладки станка и сложность профилирования шлифовального круга.
Абразивная обработка зубчатого венца по сравнению с другими способами чистовой зубообработки имеет два положительных момента:
при достаточном припуске на шлифование устраняются погрешности предварительной обработки и коробления, возникшие при термической обработке, что обеспечивает высокую точность расположения и качество рабочих поверхностей зубьев;
технологически просто корректируются эвольвентная поверхность зубьев и ее направление, обеспечивающие повышение эксплуатационных показателей зубчатых колес.
Отрицательным при шлифовании является ухудшение качества поверхностного слоя боковых поверхностей зубьев, снижающее физико-механические свойства колеса и передачи в целом. Значительное количество теплоты, выделяемой при шлифовании, большая часть которого уходит в деталь, приводит к структурным изменениям поверхностного слоя рабочих поверхностей зубьев и их напряженного состояния, что снижает усталостные изгибные напряжения.
Сравнивая абразивную и лезвийную обработки, следует отметить, что лезвийная обработка по сравнению с абразивной осуществляется при увеличенных силах резания и степени пластической деформации поверхностного слоя зубьев, повышающих степень их наклепа.
Таким образом, переход от шлифования к фрезерованию является технологически оправданным. Однако процесс зубофрезерования закаленных колес и инструмент для его реализации имеют специфические особенности, отличающие его от зубофрезерования быстрорежущими фрезами.
1. Хрупкость твердого сплава и твердость обрабатываемых поверхностей в пределах 40-64 ИЯС приводят к необходимости изготовления передней поверхности реек с отрицательными передними углами в диапазоне
от -10 до - 60о. Это увеличивает углы наклона режущих кромок по отношению к осевой плоскости инструмента и оказывает существенное влияние на: а) направление схода стружек; б) форму стружек; в) распределение составляющих силы резания. Вращение фрезы и перемещение производящего контура вдоль начальной прямой приводят к скольжению режущей кромки по обрабатываемой поверхности и создают условия для фрезерования, аналогичные «сбриванию» слоя металла.
2. Так как впадины зубчатых колес предварительно обрабатываются фрезами с протуберанцами или с уменьшенными боковыми углами профиля с целью обеспечения необходимой величины припуска на чистовую зу-бообработку, то в процессе зубофрезерования закаленных колес вершинные режущие кромки инструмента не участвуют в работе, а соответственно и не образуются Г- и П-образные формы стружек, приводящие к повышенному изнашиванию фрезы, а иногда и к выкрашиванию зубьев.
3. Большое влияние на точность обработки зубчатого венца оказывает взаимное позиционирование фрезы и заготовки, которое производится с целью равномерного распределения припуска между боковыми сторонами зубьев колеса. Обычно припуск на чистовое зубофрезерование оставляется в пределах 0,2.. .0,5 мм на толщину зуба.
Для реализации зубофрезерования разработана сборная червячная фреза с поворотными зубчатыми рейками (рис. 1). Твердосплавная режущая часть реек соединяется с основанием рейки припаиванием.
Твердосплавные пластины в зависимости от модуля изготовляются с толщиной от 4 до 6 мм. Вдоль рейки пластины могут быть цельными или составными. Технология изготовления пластины реализуется по двум схемам. По первой схеме пластины прессуются и спекаются без зубьев, а затем на проволочном электроэрозионном станке разрезаются по контуру зубьев с учетом припуска на последующее шлифование при изготовлении технологического червяка. По второй схеме пластины прессуются с зубьями, а затем спекаются.
а б
Рис. 1. Сборная твердосплавная червячная фреза: а - технологическое положение реек; б - рабочее положение реек; 1 - корпус; 2 - кольцо; 3 - крышка; 4 - винт; 5 - основание рейки;
6 - твердосплавная режущая часть
Важными параметрами фрезы являются размеры деталей, составляющих фрезу вдоль ее продольной оси.
Перед обработкой партии деталей инструментальный суппорт с фрезой (рис. 2) в наладочном режиме устанавливается в исходное положение на расстоянии 1иу от средней плоскости станка. При этом следует учитывать величину базового буртика фрезы и толщину установочной шайбы у переднего подшипника, а также конструктивные и программные особенности зубофрезерных станков.
Рис. 2. Положение фрезы на оправке: 1 - шайба; 2 - фреза; 3 - оправка; 4 - дистанционное кольцо
К конструктивным элементам фрезы относятся: общая длина; длина активной режущей части, на которой производится резание и осуществляются все передвижки; величина буртиков, т. е. расстояние от базового торца фрезы до базового торца режущей части, даже в том случае, если буртик является ступенчатым.
При короткой фрезе используются установочные шайбы и дистанционные кольца. Дистанционные кольца необходимы в двух случаях:
а) при передвижках фрезы за счет выдвижения пиноли с инструментальным шпинделем;
б) при длине фрезы меньше минимально допустимой величины и осуществлении передвижек тангенциальными салазками. Наиболее часто Ъь = 0.
Длина фрезы зависит от максимально допустимого расстояния между упорной базой оправки и прижимной установочной шайбой у переднего подшипника.
Сумма величин Ъ^, ¡б и 1иу для каждой модели станка является
вполне определенной и должна учитываться при проектировании фрез. На основании рис. 2
ЪЯ + ¡б + ¡Ъу = Ьтах - Ь0тах , (1)
где левая часть определяет конструктивное оформление торцовых частей фрезы, а правая часть определяет расположение фрезы относительно продольной средней плоскости станка.
Для станков первого и последующих габаритов ширина шайбы
должна быть не менее 8 мм, ¡б выбирается из таблицы, а ¡иу рассчитывается в зависимости от параметров нарезаемого колеса. При необходимости использования фрезы максимальной длины с целью обеспечения наибольшего количества передвижек ширину буртика ¡б по возможности следует минимизировать.
Размеры буртиков для крышек и колец
Модуль Винт 4
До 1 мм МЗ 8
Св. 1,0 мм до 1,5 мм М4 10
Св. 1,5 мм до 5,0 мм М5 12
Св. 5,0 мм до 8,0 мм Мб 14
Св. 8,0 мм до 10,0 мм М8 16
Исходное расстояние
¡иу
0,5 ^10(-пр + ¡пр ) + рт ^10СО8(у т0 +Р0 92
(2)
где snp - толщина производящего контура, соответствующая точке профилирования на окружности вершин зубьев колеса; pm/z10 - доля нормального шага зацепления отнесенная к окружному шагу реек, определяющая дополнительное перекрытие активной части линии зацепления и компенсирующая возможные погрешности базирования фрезы и колеса, а также изменение диаметра фрезы при переточках и колебания в пределах допуска на ширину буртика.
В зависимости от направления линий зубьев фрезы и колеса углы gm0 и bi необходимо подставлять с соответствующими знаками: знак «+» - для правого направления, знак «-» - для левого направления. Величины snp и 1пр рассчитываются в соответствии с рис. 3, где а^\вхЬ^1вх - входная (правая) сторона впадины колеса, ацвыхЬцвых - выходная (левая) сторона впадины колеса, если смотреть с положительного направления оси 0l xi.
lnp = m[0,5p - 2x tg a + zi (tg aa - tg a)],
2
snp = m[p - 2x tg a + zi (tg aa - tg a) sin a].
После подстановки этих величин в зависимость (2) _i0L......-a
lw = m-^-lvf a ---, (3)
0,5zi0[p- 4x tg a + zi(tg aa - tg a)(i + sin a] + p
'uy "l zi0 cos(Ym0 + P0
zi cos a
где cos aa =---
zi + 2(h* + x -Dy)
Рис. 3. Схема к расчету snp и lnp
Из (3) видно, что величину исходного расстояния червячной фрезы в основном увеличивает число зубьев нарезаемого колеса и положительное смещение исходного производящего контура.
В связи с тем, что впадины на заготовке предварительно прорезаны, перед чистовым зубофрезерованием осуществляется позиционирование заготовки относительно фрезы с помощью приспособления, смонтированного на оправке зубчатого колеса.
Список литературы
1. Феофилов Н. Д. Проектирование и эксплуатация червячных фрез с поворотными зубчатыми рейками // Известия Тульского государственного университета. Сер. Машиностроение. 1999. Вып. 4. С. 53 - 59.
2. Скрябин В.Н. Конструкторско-технологическое проектирование сборных чесрвячных фрез с эвольвентной производящей поверхностью: дис. ... канд. техн. наук. Тула, 2012. 145 с.
Феофилов Николай Дмитриевич, докт. техн. наук, проф., feofilovnd@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Скрябин Виталий Николаевич, канд. техн. наук, доц., проректор, tcmit@,tula.net, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Нгуен Хонг Тиен, асп., smallcat24829@,gmail. com,, Россия, Тула, Тульский государственный университет
NATIONNAL TEAM OF CARBIDE TIPPED MILLING CUTTER OF WORM N.D. Feofilov, V.N. Skryabin, Nguyen Hong Tien
The design team and the ability to use of hob with rotary carbide strips for finishing gear treatment hardened gears for hobbing machines with electromechanical control system and of CNC walls. Given design orienting device in recommendations for the production and use of the instrument.
Key words: Gear milling, Trailers Roll Off, cycle, feed.
Feofilov Nikolai Dmitrievich, doctor of technical sciences, professor, feofi-lovnd@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Skryabin Vitaliy Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, the Vice Rector, tcmit@,tula.net, Russia, Tula, Tula State University,
Nguyen Hong Tien, postgraduate, smallcat24829@,gmail. com, Russia, Tula, Tula State University
