ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ЧЕРВЯЧНЫЕ ФРЕЗЫ МОДИФИЦИРОВАННОГО ПРОФИЛЯ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ИНСТРУМЕНТ

ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ЧЕРВЯЧНЫЕ ФРЕЗЫ МОДИФИЦИРОВАННОГО ПРОФИЛЯ

Н.Я. СМОЛЬНИКОВ, профессор, доктор техн. наук, Г. Г. СКРЕБНЕВ, доцент, канд. техн. наук, ВолгГТУ, г. Волгоград

Важное место в машиностроении занимает производство зубчатых колес, являющихся наиболее распространенными и ответственными деталями большинства узлов и механизмов, причем самой трудоемкой и дорогостоящей операцией в процессе их изготовгения является обработка зубьев, на долю которой приходится до 60 % общей трудоемкости обработки зубчатого колеса. Основным методом нарезания зубьев цилиндрических зубчатых колес в услозиях индивидуального, серийного и массового производства является зубофрезерование червячно-модульными фрезами.

Червячно-модульные фрезы при всех своих достоинствах обладают существенным недостатком - низкой стойкостью и неравномерным износом зубьев как по витку, так и по профилю., В результате, наиболее изношенными оказываются 1 -2 зуба на витке фрезы, которые и определяют степень износа инструмента в целом. За последние годы в нашей стране и за рубежом было проведено множество исследований, посвященных повышению стойкости червячных фрез. Как показали результаты исследований, проводимых последние 40 лет кафедрой металлорежущих станков и инструментов Волгоградско-'го государственного технического университета, среди путей и методов решения этой задачи одним из наиболее перспективных является метод обработки зубчатых колес червячными фрезами с модифицированным профилем зубьев. Впервые схемы резания червячных зуборезных фрез, основанные на различной модификации профиля зубьев по витку фрезы» были предложены профессором С.Н. Медведицковым [1].

Исходя из причин локального износа и повышения удельный силы резания, был сделан вывод, ч~о для увеличения стойкости червячных зуборезных фрез и уменьшения силы резания необходимо снизить до минимума деформации слоем, срезаемых боковыми режущими кромками зубьев, и в особенности выходными, что достигается за сче I изменении ихемы резания обычной фрезы. Для того чтобы увеличить стойкость фрезы,

необходимо обеспечить лучшие условия для схода стружки. Схемы резания, разработанные и исследованные в течение нескольких последних лет и значительно улучшающие условия схода стружки, осуществлены в конструкциях производительных червячных зуборезных фрез, описанных в приведенных патентах Российской Федераиии [2,3,4].

Патент [2] «Червячная фреза» представляет констру<-цию червячно-модульной фрезы со стружкоразделительными элементами в виде взаимоперекрывающихся фасок на боковых сторонах, чередующихся через один по витку зубьев, периферийные режущие кромки которых параллельны оси фрезы, фаски одинаковых размеров на правой и левой боковых сторонах зубьев расположены по витку фрезы в «шахматном» порядке (рис. 1).

Такая конструкция фрезы позволяет создать одинаковые условия для работы чередующихся по витку через один зубьев, так как выполнение на каждом зубе фасок различных размеров обеспечивает одинаковые длины периферийных режущих кромок, параллельных оси фрезы, на всех ее зубьях.

Зубья нечетных реек (1-3-5-7-9-11) выполнены со стружкоразделительными фасками: на левой боковой стороне фаска имеет высоту 0,25ш {т - модуль, мм) и угол пэофиля, больший угла основного профиля на 10-15', на правой боковой стороне фаска имеет высоту меньше еысоты правой фаски на 0,125т, а угол - больше угла правой фаски на 30-35*.

Зубья четных реек (2-4-6-8-10-12) выполнены со стружкоразделительными фасками, расположенными в следующем порядке: на левой боковой стороне фаска имеет высоту меньше высоты правой фаски на 0,125л?, а угол больше угла правой фаски на 30-35*, на правой боковой поверхности фаска имеет высоту 0,25т, а угсл больше ула левой фаски на 10... 15". Такое расположение фасок позволяет выровнять длины периферийных режущих кромок, параллельных оси фрезы, на всех ее зубьях.

При такой конструкции зубьев фрез нагрузка на чере-

ИНСТРУМЕНТ

А т,

^ \ 1 __ Б

Рис.2. Модификация профиля зубьев фрезы - «с упрочняющими фасками разных размеров»

дующихся зубьях выравнивается, что приводит к снижению интенсивности износа зубьсо фрезы и, следовательно, к повышению ее стойкости, снижению максимальных сил резания и колебания сил резания за оборот фрезы, а это повышает точность нарезаемых колес.

Согласно [3] у зубьев червячной твердосплавной фрезы с нулевым передним углом и упрочняющими фасками, выполненными под отрицательным передним углом у вершины зубьев ^=-(10-15°) и высотой ^=(0,25-0,30)ш, где т - модуль в мм, упрочняющие фаски на чередующихся через один по витку зубья выполнены под шрица-тельным углом у2=агс1д(21ду1) и высотой ^=0,5^ (рис. 2). Модификация профилей зубьэв, чередующихся по витку фрезы, обеспечивается путем заточки упрочняющих фасок разных размеров на передних поверхностях. У предлагаемой фрезы зубья нечетных реек имеют режущий периметр а-Ь-с!-е-д-Ь, участки которого Ь-6 и е-д полностью или частично исключены из резания в зоне расположения наиболее изнашивающихся зубьев, что снижает ин-ен-сивность их износа, а зубья четных реек имеют режущий периметр а-с-с!-е-!-д-И, причем на участках режущего периметра Ь-с-с1 и е-^д срезают слои увеличенной толщины, что снижает удельную силу резания и изменяет направление схода стружек. Новая схема резания создается путем простой технологической операции - заточкой по передней поверхности на заточных станках, т. е. исключается необходимость в сложной операции профильного шлифозания. Причем упрочняющие фаски у2 и f2 могут быть смещены к оси фрезы на величину «е», соответствующую толщине слоя, срезаемого периферийной режущей кромкой наиболее изнашивающихся зубьев. Для червячных фрез средних модулей е = (0,04...0,08)ш, где т - модуль в мм. При смещении упрочняющих фасок на четных зубьях к оси фрезы на величину «е» периферийная режущая кромка нечетных зубьев срезает слои удвоенной толщины, а четные зубья режут только боковыми режущими кромками, т. е. повышение стойкости достигается за счет полного или частичного разделения срезаемых

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

слоев на элементарные. При этом схема резания фрезы приближается к прогресссивной. При значениях е < 0,04т и е > 0,08.77 эффективность работы фрезы падает, при меньших значениях «е» заниженные зубья начинают резать периферийной режущей кромкой, при больших - не происходит разделения срезаемых слоев на элементарные.

Повышение стойкости предлагаемой фрезы достигается за счет того, что изменяется схема срезания припуска (схема резания) у чередующихся по витку зубьев: у нечетных зубьев участки режущих кромок, примыкающие к вершине, полностью или частично исключаются из резания, что способствует разделению сложных П- и Г-ибразных срезаемых слоев на элементарные и снижению отрицательного влияния взаимодействия стружек в условиях стесненного стружкообразования на износ зубьев; у четных зубьев участки боковых режущих кромок, примыкающие к вершине, срезают слои большей толщины, что снижает удельную силу резания и изменяет направление схода стружек, срезаемых боковыми режущими кромками, что способствует снижению износа этих зубьев. Все это приводит к повышению стойкости фрезы в 1,5 -2 раза.

Патент [4] предусматривает конструкцию червячно-модульной фрезы с четным или нечетным числом стружечных канавок (реек с режущими зубьями) со следующей модификацией профиля зубьев. В качестве примера рассмотрим фрезу с четным числом реек (рис. 3).

www.betro.ru

ШТАМПОВКА

Оказываем услуги по штамповке листового металла: РАСКРОЙ; ГИБКА; ВЫТЯЖКА

Специальное предложение!!! Перфорация листового металла мелкими партиями

Производтсво

в Бердске, тел. (38341) 3-04-08 тел./факс: (38341) 3-11 -06, 4-45-85 E-mail: apushkarev@rambler.ru

Рис.3. Модификация профиля зубьев фрезы - «с переходными режущими кромками в виде фасок»

Зубья нечетных реек (1,3,5 ...) имеют стандартную высоту, но уменьшены по толщине на величину 2е2 и переходные режущие кромки в виде фасок под углом р к основному профилю. Зубья четных реек (2,4,6 ...) имеют стандартную толщину, но занижены по высоте на величину е1 и имеют переходные режущие кромки в виде фасок под углом р к основному профилю. Исходные реечные контуры зауженных и Заниженных зубьев имэют общие участки переходных режущих кромок. Зубья, заниженные по высоте, режут и профилируют участками режущих кромок, срезая слои удвоенной толщины. Зауженные зубья режут периметром, участвуя в формировании переходной кривой фасками. Наличие общих участков режущих кромок позволяет при обработке гереходных кривых зуба увеличить число профилирующих резов, что снижает шероховатость поверхности во впадине между зубьями нарезаемого колеса.

Увеличение угла профиля режущих кромок фасок на величину р приводит к увеличению задних боковых углов, что при малой толщине срезаемых слоев снижает износ зубьев фрезы на участках задних граней, примыкающих к вершине зубьев. Так ка< режущие кромки фасок прямолинейны и лежат на одной прямой, правка шлифовального круга упрощается. Расположение фасок на одной прямой обеспечивается при затыловании шлифованием всех зубьев при использовании однопрофильного кулачка с ша-

гом архимедовой спирали, соответствующим падению затылка зубьев фрезы по наружному диаметру при раздельном затыловании заниженных и зауженных зубьев или одновременном с использованием двухпрофильных кулачков.

Ширские стойкостные исследования приведенных конструкций червячных зуборезных фрез в лабораторных и производственных условиях показали высокую эффективность фрез: стойкость, а следовательно, и производительность зубообработки увеличиваются в среднем в 2-3 раза.

Список литературы

1. Медведицков С.Н. Высокопроизводительное зубонарэ-зание фрезами. - М.: Машиностроение, 1981. - 104 е., ил.

2. Патент 2070847, Российская Федерация, МПК7 С1 В23Р21/16 Червячная фреза / Н.Я.Смольников, В.Ф. Чурбаков по заявке №93019019 от 13. 04.93.

3. Патент 2120360, Российская Федерация, МПК7 С1 В23Р21/16 Червячная твердосплавная фреза / Н.Я. Смольников, В.Ф.Чурбаков по заявке №97116607 от 08.10.97.

4. Патент 2152856, Российская Федерация, МПК7 С1 В23Р21/16 Червячная фреза / Н.Я. Смольников, В.Ф. Чурбаков по заявке №99107545 от 05.04.99.

ИЗНОС ШЛИФОВАЛЬНЫХ ЗЁРЕН С РАЗНОЙ ФОРМОЙ

Износ шлифовальных зёрен представляет собой сложное и пока недостаточно всесторонне изученное явление, оказывающее важное и многоплановое злияние на все аспекты процесса шлифования [1, 2,3]. От интенсивности и особенностей износа каждого единичного зерна, находящеюся на рабочей поверхности инструмента, зависит эффективность работы инструмента в целом. Установление закономерностей и познание механизма изнашивания единичных зёрен открывает перспективу более полного использования их потенциальных возможностей и, как следствие, позволит задействовать имеющиеся резервы повышения работоспособности шлифовальных инструментов.

Прямое изучение износа отдельных зёрен, находящихся на рабочей поверхности инструмента, на основе

30 № 1 (34) 2007

В. А. КОРОТКОВ, аспирант, ТПУ, г.Томск

методов, свойственных лезвийным инструментам, технически затруднительно. Основная причина состоит в том, что зёрна являются весьма мелкими объектами, у которых размеры передних и задних поверхностей составляют всего десятые и сотые доли миллиметра. Кроме того, на единице поверхности шлифовальньх инструментов могут находиться десятки и сотни зёрен, каждое из которых обладает своим конкретным режущим микроклином и изнашивается пс-своему.

Измерение площадок износа зерен по передним и задним поверхностям и изучение специфики протекания износа о-дельных зерен непосредственно на самом инструменте, например, с помощью микроскопа, достаточно проблематично. Решить такую задачу можно опосредованным методом, в частности путём моделирования.