CC BY
37
УДК 621.833
ЗУБОНАРЕЗАНИЕ СБОРНЫМИ РЕЗЦОВЫМИ ГОЛОВКАМИ
Н.Д. Феофилов
Рассмотрены особенности проектирования и использования резцовых головок для колес среднего модуля на зубофрезерных станках. Приведены способы управления схемой резания.
Ключевые слова: привод, модуль, колесо, червяк, технология, зубонарезание, механизм.
Резцовые головки целесообразно использовать для зубчатых колес с модулем до 3 мм [1, 2]. Увеличенный до 200 мм диаметр инструмента позволяет обрабатывать зубчатый венец без продольной подачи при непрерывных согласованных вращениях резцовой головки и заготовки. Осевой шаг витка зубьев резцовой головки принимается кратным осевому шагу зубьев нарезаемого колеса, а расстояние 1у между первым и последним
режущими зубьями определяется моментами начала резания и окончания профилирования впадины (рис. 1, а).
а
б
Рис. 1. Зубонарезание резцовой головкой: а - станочное зацепление;
б - наладка на станке
При этом возможны два конструктивных варианта исполнения резцовой головки. Если шаг витка режущих зубьев больше расстояния между его крайними зубьями, то у резцовой головки образуется сектор, позволяющий загружать заготовку на станок при заранее настроенном межосевом расстоянии, и процесс резания начинается без разгона приводов станка. При втором варианте изготовления резцовой головки, т. е. при отсутствии сектора свободного от резцов, необходимо осуществлять ее радиальное врезание в заготовку.
Зубонарезание резцовой головкой возможно на зубофрезерных станках, конструкция суппорта которых позволяет установить инструмент большого диаметра. Главное движение - вращение инструмента, как и при червячном зубофрезеровании с вращением заготовки, должно быть связано соотношением: один оборот инструмента соответствует г0 /оборота нарезаемого колеса, где - число зубьев колеса; г0 - шаг винтовой линии инструмента. Обработка всех зубьев колеса возможна при некратности их шага шагу винтовой линии резцовой головки.
Зубонарезание колеса с т = 2,5 мм, = 27 и Ь1 =10 мм реализовано на зубофрезерном станке модели 5К32А (см. рис. 1, б) резцами из быстрорежущей стали Р6М5К5. При скорости резания V=50,3 м/мин машинное время нарезания венца составляет 20,25 с, что значительно меньше зубо-фрезерования червячной фрезой с продольной подачей.
Зуборезные головки имеют особенности по сравнению с другими зубообрабатывающими инструментами:
- большой шаг витка зубьев резцовой головки, как правило, равный трем-пяти шагам зубьев нарезаемого колеса, приводит к увеличению частоты вращения делительного червяка, которая не должна превышать допустимого значения для станков с жесткой кинематикой. Это ограничение может быть устранено при переходе к станкам с ЧПУ;
- колебание крутящего момента и вибрации технологической системы, так как в вырезании впадины участвует только один виток, приводит к динамической неустойчивости процесса в период врезания инструмента в первую впадину. Эффективными мерами, стабилизирующими процесс зубонарезания, являются обеспечение непрерывного или поэтапного врезания резцовой головки в пределах нескольких первых впадин и управление схемой срезания припуска за счет стабилизации толщины или площади срезаемого слоя отдельными режущими зубьями.
В зависимости от специфики инструментального производства изготовителя зубчатых колес и применяемого заточного оборудования целесообразно использовать два варианта резцовых головок: с взаимозаменяемыми резцами и с поворотными однозубыми рейками.
Резцовая головка с взаимозаменяемыми резцами (см. рис. 1,б) состоит из корпуса, в цилиндрических отверстиях которого установлены 27 резцов из быстрорежущей стали, закрепленных клиньями и винтами. Длина резцов регулируется винтами, ввинченными в цилиндрическую часть резца.
Применение взаимозаменяемых резцов приводит к необходимости профилирования их по задним и по передним поверхностям после изнашивания.
Восстановление режущей способности инструмента производится в последовательности: сначала изношенную резцовую головку перетачивают по передней поверхности на автомате для заточки червячных фрез или в делительной головке на универсальном заточном станке, а затем производят ее разборку. Не изменяя вылета, резцы устанавливают в технологический корпус и шлифуют винтовые задние поверхности на резьбошлифо-вальном станке по аналогии с червячными фрезами с поворотными зубчатыми рейками.
Расчет положения резцов в технологическом корпусе, профилей технологического червяка и шлифовального круга, параметров его установки производится так же как, и для сборных червячных фрез.
После разборки технологического червяка осуществляется настройка резцов на размер для обеспечения запрограммированной схемы резания, сборка резцовой головки и контроль вылета резцов на приборе для комплексного контроля червячных фрез. Другая технология эксплуатации резцовых головок применяется при изготовлении их с поворотными зубьями (рис. 2).
Рис. 2. Одновитковая резцовая головка с поворотными рейками
223
Резцовая головка после сборки, как и червячные фрезы, перетачивается по передней поверхности на заточном автомате. Головка состоит из корпуса 1, в продольных пазах которого установлен комплект реек 2. Закрепление реек осуществляется сухарями 4, крышками 3 и винтами 5. Торцовые поверхности крышек - конусообразные. Это позволяет фиксировать рейки от осевого и радиального смещений. Рейки в пазах корпуса установлены с натягом.
Так как площадь и толщина срезаемого слоя являются косвенными характеристиками силовых факторов процесса резания, то их можно принять в качестве стабилизируемых параметров при проектировании операции зубонарезания одновитковыми резцовыми головками.
Основное условие построения схемы срезания является ограничение нагрузки на режущее лезвие, которая не должна превышать допустимой величины, определяемой прочностью применяемого инструментального материала.
Стабилизация толщины и площади слоя, срезаемого зубьями одно-витковой резцовой головки, применительно к зубофрезерному станку может осуществляться тремя способами.
1. Радиальным смещением резцов - изменением их вылета из корпуса.
2. Переменным осевым шагом резцов вдоль начальной прямой или вдоль винтовой линии переменным угловым шагом.
3. Смещением резцов вдоль начальной прямой с переменным осевым шагом при постоянном угловом шаге вдоль винтовой линии.
Наиболее прост для реализации первый способ, так как касается только конструкции инструмента. При втором способе управления схемой резания значительно сокращается количество резцов, участвующих в вырезании впадины. При третьем способе в пределах вырезания каждой впадины, т. е. в пределах каждого оборота инструмента, заготовку необходимо вращать с переменной угловой скоростью. Этот вариант можно реализовать только на зубофрезерном станке с ЧПУ.
По первому варианту стабилизации процесса зубонарезания уменьшение высоты режущих зубьев можно осуществлять как шлифованием части вершины зуба, сохраняя при этом положение боковых режущих кромок, так и изменением их вылета из корпуса резцовой головки.
Так как зубонарезание осуществляется без продольной подачи, то с высокой степенью точности можно перейти от рассмотрения пространственной схемы вырезания впадины к плоской схеме.
При стабилизации толщины срезаемого в соответствии с принятой схемой резания необходимо выполнять условие неподрезания номинального профиля зубчатой детали. Для этого следует определить положение контактной точки, соответствующей начальной фазе профилирования.
Проектирование схемы резания осуществляется в следующем порядке.
1. Расчет минимального количества зубьев резцовой головки на участке входа ее в заготовку с учетом допустимой толщины слоя, срезаемого вершинной режущей кромкой при одинаковом вылете резцов из корпуса.
2. Определение для каждого зуба инструмента, вступающего в резание, толщины срезаемого слоя вершинной режущей кромкой на участке от начала врезания в заготовку до межосевого перпендикуляра.
3. Расчет средней толщины срезаемого слоя:
гу =гп
X агу
I
1ср
у 1у =1
а ср =—:-, (1)
г з
где гз - количество зубьев, участвующих в резании на участке от момента контакта с заготовкой до первого профилирующего реза; гу - порядковый номер произвольного режущего зуба; гп - номер первого профилирующего зуба.
4. Определение радиального смещения АИ; каждого из зубьев относительно номинального положения.
При стабилизации толщины срезаемого слоя
АИгу = % - аср + АИгу -1. (2)
Дополнительное радиальное смещение произвольного резца определяется разницей его фазовых углов Аф г0 или фазовых углов зубчатого
колеса Афг (рис. 3) в традиционной схеме резания по методу обката и
схеме резания со стабилизацией площадей срезаемых слоев
АИгу = 1у1Аф\уГ (3)
где 1у1 - текущая длина отрезка начальной прямой;
Афг 0 уw0
Аф' =--дополнительный угол поворота зубчатого коле-
у1
са; г^ - радиус начального цилиндра резцовой головки; г^ - радиус начальной окружности зубчатого колеса; уw0 - угол подъема винтовой линии резцов на начальном цилиндре резцовой головки.
После подстановки составляющих в формулу (3) получим
1у1Аф'гу0 ^0 вш уwо
Щу =-у-. (4)
у гw1
225
Так как на участке выхода резцов из впадины вершинные режущие кромки не принимают участия в резании, то стабилизацию схемы резания следует осуществлять по огранке бокового профиля.
Рис. 3. Схема к расчету смещения резца
Расчеты показали, что в рассматриваемом примере для зубчатого колеса под шевингование или прикатывание профилирование выходной стороны достаточно осуществлять четырьмя режущими зубьями.
Список литературы
1. А.с. 566689 СССР, МКИ B 23F 21/04 Одновитковая резцовая головка / И.А. Коганов, Ю.Н. Федоров, Н.Д. Феофилов. Заявл. 26.05.75. Опубл. 30.07.77. Бюл. 28. 2 с.
2. Феофилов Н.Д., Михайлов А.В. Исследование точности зубопро-тягивания цилиндрических колес одновитковыми резцовыми головками // Исследования в области технологии механической обработки и сборки. Тула, 1983. С. 57 - 61.
Феофилов Николай Дмитриевич, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
GEAR-CUTTING TEAMS CUTTING HEADS N.D. Feofilov
The features of the design and use of cutter heads for secondary module on gear-hobbing machines. Describes how to control the cutting scheme.
Key words: drive, module, wheel, worms, technology, gear-cutting machinery.
Feofilov Nikolay Dmitrievich, doctor of technical sciences, professor, feofi-lovnd@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
226
