CC BY
37
УДК 621.833
ВЛИЯНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЗУБЬЕВ ЧЕРВЯЧНОЙ ФРЕЗЫ НА СУММАРНУЮ СИЛУ РЕЗАНИЯ
Е.С. Янов
Рассмотрены вопросы, связанные с кинематикой процесса червячного зубо-фрезерования. Приведены результаты графического моделирования формообразования срезаемых слоев.
Ключевые слова: червячная фреза, сборная червячная фреза с поворотными рейками, задний угол, экспериментальное исследование.
Технологические особенности кинематики обработки зубчатых колес сборными червячными фрезами базируются на выборе рациональных схем формообразования и влияют на точность обработки [1-2].
При зубообработке колес по методу обкатки режущие кромки инструмента последовательно занимают положение, соответствующее профилю сопряженной с обрабатываемым колесом зубчатой рейки сборной червячной фрезы. Зубофрезерование обкаткой реализуется как на зубофрезер-ных станках с ЧПУ, так и на зубофрезерных станках с электромеханической системой управления.
Проведенные исследования позволили предложить способ расчета силы резания при срезании стружки, основанный на вырезании впадины червячной фрезой. Для исключения влияния силы резания соседних зубьев образцы, имитирующие обрабатываемые заготовки зубчатых колес, изготовлены специальной ширины, выбор которой обусловлен схемой резания червячной фрезы. Для формирования на заготовке только одной впадины зубчатого колеса, ширина заготовки
Бз =кт + 2р, (1)
где р — радиус округления вершины зуба.
Существующие методы исследования и построения сопряженных профилей зубчатых зацеплений, могут быть сведены к следующим: графоаналитический; графический; аналитический.
Распространены графические методы моделирования процесса обкатки профиля в среде САБ/СДМ-систем, основанные на графическом моделировании процесса обкатки одного профиля колеса контуром заготовки и использовании булевых операций вычитания материала из этой заготовки во время ее движения, что приводит к получению другого сопряженного профиля винтовой поверхности. Такой подход оказывается независимым от алгоритма описания профиля винтовой поверхности и может применяться для любого из профилей: симметричного и асимметричного. Метод можно считать универсальным, так как он может использоваться везде, где необходимо определить геометрию одного сопряженного профиля по другому, уже известному.
Для графического построения профиля использовался АСКОН -«Компас-3Б», а для аналитических расчетов - Mathcad Professional.
Анализ схемы срезания припуска по методу обкатки, построенной как ряд последовательных положений режущего зуба червячной фрезы, показывает, что с каждым резом толщина, площадь и периметр срезаемого слоя изменяются. Толщина срезаемого слоя изменяется от максимального значения в начале процесса резания до минимального значения при центральном положении зуба инструмента во впадине нарезаемого колеса. На рис. 1 представлен последовательный ряд стружек, срезанных червячной фрезой из одной впадины за один оборот заготовки.
Исходными данными для графического построения обкатки является число зубьев и модуль нарезаемого колеса, а также профиль, число реек и заходов сборной червячной фрезы.
Для имитации обката необходим поворот червячной фрезы и одновременный поворот заготовки колеса. Для этого необходимо рассчитать угол его поворота:
01 = , (2) z1 ' zo
где zi - число зубьев нарезаемого колеса, zq - число зубчатых реек.
Далее определяем единичный шаг фрезы:
п- m
Р1 =-. (3)
z0
Номер витка
Порядковый номер зуба по витку 1 2 3 I 4 I 5 I 6 I 7 I 8 I 9 I 10 11 I 12
Рис. 1. Срезаемые стружки, полученные графическим методом
Число резов инструмента зависит от: количества стружечных канавок фрезы, величины подачи на оборот заготовки и является основой для определения величины силы резания (рис. 2). На начальном этапе, когда происходит врезание инструмента, сила резания возрастает, это связано с увеличением объема срезаемого металла. Величина силы определяется как свойствами обрабатываемого материала, геометрией инструмента так и режимами обработки.
С увеличением числа зубьев колеса и ширины зубчатого венца увеличивается число одновременно работающих реек и зубьев (рис. 3).
Рис. 3. Станочное зацепление сборной червячной фрезы и нарезаемого цилиндрического зубчатого колеса модуля т = 2,5 мм: а - с числом зубьев т.1 = 30; б - с числом зубьев 71 = 112
При врезании инструмента на полную глубину сила достигает максимального значения, и процесс резания стабилизируется. Затем с выходом инструмента сила резания уменьшается. Так как при обработке впадины целого колеса в работе участвуют одновременно несколько зубьев, то для определения величины силы резания, возникающей при зубофрезеровании целого колеса необходимо сложить силы, полученные в ходе проведенных
исследований, по линии зацепления. Величины составляющих силы резани, возникающие при срезании слоя металла каждым зубом получены в ходе экспериментальных исследований образцов имитирующих цилиндрические зубчатые колеса c твердостью 230 - 255 HB (при проведении серии из пяти опытов) [4, 5].
Список литературы
1. Кинематика червячного зубофрезерования / Скрябин В.Н., Тимофеев А.П., Феофилов Н.Д. [и др.] // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 4. Ч. 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. С. 58 - 68.
2. Литвин Ф.Л. Теория зубчатых зацеплений. М.: Наука, 1968. 584 с.
3. Болотовский И. А. Цилиндрические эвольвентные зубчатые передачи внешнего зацепления. М.: Машиностроение, 1974. 160 с.
4. ГОСТ 19650-97 Передачи червячные цилиндрические. М.: Изд-во стандартов, 1987. 10 с.
5. ГОСТ 16531-83 Передачи зубчатые цидиндрические. Термины, определения и обозначения. М.: Изд-во стандартов, 1987. 25 с.
Янов Евгений Сергеевич, асп., dex [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE INFLUENCE OF WORM MILL TEETH INTERACTION ON THE TOTAL CUTTING FORCE
E.S. Yanov
The questions connected with kinematics of worm gear bobbing are considered. The results of graphic modeling of removed layers form's generating are introduced.
Key words: hob, team hob with rotary racks, rear corner, experimental research, data processing.
Yanov Evgueny Sergeevich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
