CC BY
52
УДК 621.833
СБОРНЫЕ КРУПНОМОДУЛЬНЫЕ МНОГОЗАХОДНЫЕ
ЧЕРВЯЧНЫЕ ФРЕЗЫ
И.И. Феофилова
Единичное изготовление крупномодульных многозаходных червячных колес при ремонте приводов прокатных станов связано с необходимостью проектирования специальных червячных фрез. Профиль производящей поверхности таких инструментов должен учитывать еще не потерявший свой ресурс приводной червяк. В этом случае целесообразным является применение сборных конструкций фрез как наиболее экономичных и простых в изготовлении.
Ключевые слова: передача, привод, модуль, колесо, червяк, технология, зубона-резание, механизм.
Сложность проектирования и изготовления червячных фрез для крупномодульных червячных колес связана с необходимостью учета технологических возможностей оборудования как для изготовления самих фрез, так и для их эксплуатации в производственных условиях. Большая масса нарезаемых колес, иногда до 50 кг, затрудняет их межоперационное транспортирование, установку и базирование на операциях зубонарезания, а также контроль и подналадку инструментов при выполнении операции.
Быстроходность червячных передач, знакопеременные нагрузки и поддержание постоянного температурного режима в процессе их эксплуатации обеспечиваются использованием червяков со шлифованными профилями. Наиболее технологичным и простым с точки зрения получения и поддержания формы производящей поверхности являются дисковые круги с конической поверхностью, профилирование которых осуществляется алмазной иглой или роликом в осевой плоскости шлифовального круга или со смещением для корректирования профиля производящей поверхности червячной фрезы. В таком случае производящая поверхность фрезы, а соответственно и поверхность червяка будут нелинейчатыми по классификации в соответствии с ГОСТ 18498-89.
Червячные фрезы для червячных колес изготовляются монолитными и сборными. Монолитные фрезы, как правило, затылуют. При многоза-ходных конструкциях фрез и малом диаметре червяка возникают трудности с получением задних поверхностей и контролем фрез при профилировании их задних поверхностей, разных углов профиля из-за наличия винтовых стружечных канавок. Задача усложняется при необходимости обеспечения требуемых задних углов. Уже при задних углах на окружности
вершин зубьев в 10о возникают трудности с отводом шлифовального круга при затыловочных движениях. Особенно этот процесс усложняется при модуле фрез более 5 мм и числе заходов два и более, так как высота режущего зуба достигает 12,5 мм при угле производящего контура 20о. Пере-
тачивание фрез уменьшает их диаметр и нарушает контакт зубьев в передаче. Увеличение числа заходов уменьшает число режущих кромок, приходящихся на боковой профиль, и увеличивает его огранку.
Более целесообразным является использование сборных червячных фрез со вставными зубьями. Они могут выполняться острозаточенными или затылованными по окружности. Использование фрез таких конструкций обеспечивает требуемые для конкретных условий задние углы на боковых сторонах и на вершине зубьев. Кроме этого возможно обеспечить положительные передние углы и скорректировать углы профиля. Большой охват фрезы венцом колеса приводит к увеличению мощности резания, которой может оказаться недостаточно у используемой модели станка. В таком случае фрезу целесообразно проектировать как комплект из чернового летучего резца и чистовой фрезы с длиной режущей части, равной одному осевому шагу производящего контура. В связи с тем, что в универсальных зубофрезерных станках отсутствует протяжной суппорт, процесс зубофре-зерования реализуется при последовательном сочетании радиального врезания на полную глубину впадины и продольного перемещении фрезы на величину осевого шага путем перестановки комплекта колец.
Профилирование червячных фрез с поворотными зубчатыми рейками производится на затыловочных или резьбошлифовальных станках в специальных технологических корпусах. Червячная фреза с острозаточенными зубьями (рис.1) использована для нарезания колес из бронзы Бр. ОФ 10-1 с модулем 10 мм, числом зубьев 30 и числом заходов равным трем.
Рис. 1. Секция сборной червячной фрезы: 1 - корпус; 2 - комплект резцов; 3 - кольцо;4 - крышка; 5 - сухарь; 6 - винт
Режущие зубья 2 из инструментальной стали марки ХВГ установлены в продольные пазы корпуса 1 и закреплены в радиальном направлении кольцами 3, а в осевом направлении крышками 4 с помощью винтов 6. Для дополнительной фиксации режущих зубьев использованы цилиндрические сухари 5 с лыской, выполненной под углом к оси сухаря.
216
Зубонарезание червячных колес производилось на станке модели 5К32А с ручной подачей стола с заготовкой в следующем порядке.
1. На станке между инструментальной оправкой и нарезаемым колесом устанавливается расчетное межосевое расстояние, которое фиксируется с помощью упора и индикатора.
2. Суппорт с деталью отводится в исходное положение, а на инструментальную оправку для профилирования входной стороны впадины устанавливается фреза, закрепляется и начинается фрезерование с радиальным врезанием до достижения установленного межосевого расстояния.
3. Стол отводится в исходное положение, фреза переустанавливается (справа от нее устанавливается кольцо, равное по толщине осевому шагу производящего червяка) и процесс фрезерования повторяется до полной обработки колеса.
Разработанные методика расчета профиля фрезы и технология ее изготовления позволяют нарезать колеса 8-й степени точности. На качество зубчатых колес значительное влияние оказывают погрешности, возникающие в процессе зубообработки, например, из-за неточностей изготовления инструмента и установки его на инструментальной оправке, погрешностей базирования нарезаемого колеса на столе станка и кинематических погрешности цепи обката станка.
Более эффективными являются сборные червячные фрезы с поворотными зубьями. Они отличаются от монолитных тем, что профилирование их задних поверхностей осуществляется на резьбошлифовальных станках в технологическом положении. После поворота реек на 180 градусов задние поверхности занимают рабочее положение и приобретают необходимые задние углы.
На точность фрезы влияют погрешности геометрической формы базовых поверхностей элементов, комплектующих фрезу и погрешности взаимного расположения этих поверхностей.
Проведенные исследования показали, что технология изготовления фрезы должна обеспечивать получение наименьших погрешностей профиля витка технологического червяка и фрезы в сборе. Это возможно при допусках на базовые поверхности для корпуса фрезы, пазов для реек и самих реек в пределах 3-6 мкм. Накопленный производственный опыт показал, что выполнение таких допусков вполне реально, а получаемая точность червячных фрез находится в пределах класса А.
Вследствие допусков на изготовление червячных фрез и фрезерной оправки, а также допусков на изготовление отверстия в шпинделе станка закрепление червячной фрезы происходит с отклонениями от теоретического положения. Это значит, что ось вращения червячной фрезы и ее торец уже более не перпендикулярны друг другу, т. е. ось вращения фрезы не совпадает с ее геометрической осью.
Смещение и перекос червячной фрезы, появляющиеся при установке ее на станке, оказывают влияние на точность зубчатых колес и приводят к погрешностям профиля зуба нарезаемого колеса. Эти погрешности могут быть определены через отклонения положений профилируемых точек эвольвенты зуба колеса от расчетных значений.
Установлено, что погрешность зацепления является периодической функцией от углового положения контактной точки режущей кромки. Расчет погрешностей обработки произведен в системе координат заготовки для среднего сечения колеса. Погрешности - расстояния от точек профиля, обработанного фрезой без биения и перекоса, до профиля зуба, обработанного фрезой с биением и перекосом.
Для определения профиля зуба колеса по известному профилю зуба червячной фрезы с помощью теории огибающих поверхностей рассчитывался профиль зуба колеса как пересечение поверхностей резания между собой в момент формообразования, т. е. когда осевая плоскость зубьев фрезы параллельна межосевому перпендикуляру, а зубья занимают нулевое угловое положение.
Величина погрешности профиля выражается зависимостью
// = V(хп1 - Хпб1 )2 + (уп1 - упб1 )2 + п1 - 7пб1 )2 ,
где Хпб1, Упб1, 7пб1 - координаты точек пересечения следов поверхностей резания в момент профилирования при биении и перекосе фрезы; Хп1, Уп1, 2п1 - без биения и перекоса.
Расчеты показали, что величина погрешностей зубчатых колес почти прямо пропорциональна диаметру червячной фрезы и обратно пропорциональна длине фрезы (рис. 2).
Рис. 2. Влияние параметров фрезы на погрешность профиля зуба 218
Таким образом, при червячном зубофрезеровании желательно применять червячные фрезы с небольшим диаметром и большой длиной. Эти фрезы имеют также и другие преимущества: высокую работоспособность, более равномерное резание и меньшую стоимость.
Реализация зубофрезерования червячных колес на станке модели 5К32А в производственных условиях обеспечила для колес с т = 10 II , 21 = 3 и 2 2 = 30 седьмую степень по нормам кинематической точности и контакта.
Острозаточенные фрезы кроме положительных свойств: увеличенные по сравнению с затылованными фрезами задние углы на боковых режущих кромках и возможность перетачивания на универсальных заточных и профилешлифовальных станках-имеют и недостатки. К ним относятся: раздельное шлифование задних поверхностей зубьев, а не в комплекте; неравномерное изнашивание задних поверхностей; сложность обеспечения профиля режущих кромок при нелинейчатой форме червяка и числе заходов боле двух. В связи с этим целесообразнее использовать червячные фрезы с поворотными режущими зубьями (рис.3).
Рис. 3. Производящая и технологическая поверхности фрезы
с поворотными зубьями
Резец 1 в корпусе 2 занимает рабочее и технологическое положения. В рабочем положении точка А0 находится на производящей поверхности с радиусом га 0. Технологическое положение определяется радиусом гат. Перевод резца из рабочего положения в технологическое осуществляется его поворотом в корпусе на 1800 относительно плоскости В - В. В этом положении задние поверхности можно шлифовать на резьбошлифо-вальном или затыловочном станке дисковым кругом с конической производящей поверхностью.
Основой для расчета технологического червяка являются радиус вершин зубьев га 0 и толщина зуба или ширина паза Ь. Расссчитываемые величины - радиус технологического червяка гат и задний угол аа 0.
Известны варианты расчета фрез с поворотными рейкам [1, 2]. В них из технологических соображений известным является радиус технологического червяка, а рассчитывается радиус вершин зубьев фрезы и смещение паза от осевой плоскости. При этом радиус фрезы не оказывает влияния на процесс зубофрезерования и точность зубчатого венца.
Для фрезерования венца червячной передачи фреза по своим параметрам должна быть идентична применяемому червяку, поэтому ее диаметр известен, а следует рассчитать диаметр технологического червяка. Учитывая, что фреза рассчитывается для ограниченного количества червячных пар, обрабатываемым материалом является бронза и количество переточек небольшое, режущие зубья целесообразно сделать в виде пластин с параллельными плоскостями (см. рис. 3).
Конструкция фрезы упростится, если принять что смещение оси паза равно его ширине, т.е. b = c. Тогда из треугольника O0 А0 Ot
raT =V00 - 2b2 , угол aa = arcsin 2b'COsm , где m = arcsm15-^.
raT ra0
Например, для червячной фрезы с m = 1011 , диаметром da0 = 12511 , b = 811 , диаметр технологического червяка dao = 2rao = 122,935 мм, а задний угол на цилиндре вершин зубьев aa = 14о 48'02".
Список литературы
1. Иноземцев Г.Г., Иванов Н.И. Незатылованные шлицевые червячные фрезы. М.: Машиностроение. 1973. 152 с.
2. Колобаев А.В., Лобанов Н.В. Сборные червячные фрезы на основе архимедова производящего червяка // Вестник ТулГУ. Сер. «Инструментальные и метрологические системы» Материалы Международной юбилейной НТК «Инструментальные системы машиностроительных производств» посвященной 105-летию со дня рождения С.С. Петрухина. Тула: ТулГУ, 2008. С. 197-200.
Феофилова Инна Ивановна, ассистент, feofilovndayandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
SELECTED LARGE-CABLE MULTIPLE ACCESSORIES WRENCHES
I.I. Feofilova
Single manufacture of coarse-grained multiworm worm wheels during the repair of drives of rolling mills is associated with the need to design special worm mills. The profile of the producing surface of such tools must take into account the drive worm which has not yet lost its resource. In this case, it is expedient to use prefabricated structures of mills as the most economical and easy to manufacture.
Key words: transmission, drive, module, wheel, worm, technology, gear-cutting, mechanism.
Feofilova Inna Ivanovna, assistant, feofilovndayandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
