Инструменты, основанные на схемах формообразования первого класса

Для нахождения множества инструментов, предназначенных для обработки зубчатого колеса, рассмотрим ряд схем формообразования. Определим исходную инструментальную поверхность, сопряженную

 

 

Инструменты, основанные на схемах формообразования первого класса

 
 

с поверхностью зубьев прямозубого колеса, когда относительное движение Д/И прямолинейно-поступательное со скоростью, направленной по оси колеса. При таком движении поверхность зубьев колеса скользит «сама по себе», и исходная инструментальная поверхность совпадает с поверхностью детали (рис. 15.1, а). На основе такой исходной поверхности спроектируем инструмент с профильной схемой срезания припуска. Примем переднюю перетачиваемую поверхность в форме плоскости, а заднюю неперетачиваемую — в форме фасонной цилиндрической поверхности. Считаем, что производится обработка прямозубого некорригированного зубчатого колеса с числом зубьев 2 модуля т. Определим эвольвентный профиль зубьев колеса, который будет также профилем исходной инструментальной поверхности. Известно, что эвольвента окружности описывается любой точкой прямой, которая без скольжения катится по основной окружности радиуса rь (рис. 15.2, а).

Так, при качении без скольжения по окружности, производящей прямой точка М, ее описывает эвольвенту М0МХ. По построению МхN = M0N. Угол φx, соответствующий дуге M0N, называют углом развернутости эвольвенты: φх = θx + αx. Угол θx между радиусом МхО произвольной точки эвольвенты и радиусом М0О точки начала эвольвенты называют эвольвентным. Угол αх между радиусом ОМх и касательной КК к эвольвенте в исследуемой точке Мх называют углом давления.

 

 

Инструменты, основанные на схемах формообразования первого класса

 

 

Функция tgαx — αх называется эвольвентной и обозначается inv αx. Для определения значения inv αx составлены специальные таблицы, подобные таблицам тригонометрических функций. Запишем уравнения эвольвенты в полярных координатах в параметрической форме:

 

 

Инструменты, основанные на схемах формообразования первого класса

 

 

Инструменты, основанные на схемах формообразования первого класса

 

 

Расчет профиля впадины зуба зубчатого колеса производится по следующим известным величинам: z — число зубьев колеса; т — модуль; α — угол давления эвольвенты на делительной окружности; d—диаметр делительной окружности; da — диаметр окружности выступов; df — диаметр окружности впадин; St —толщина зуба колеса по делительной окружности.

Определение координат узловых точек эвольвентного профиля впадины зуба колеса будем проводить в системе ху (рис, 15.2, б). Начало координат системы ху поместим на оси колеса. За ось у примем ось симметрии впадины зуба зубчатого колеса. На делительной окружности радиуса r = mz/2 шаг зубьев колеса Р = пт.

Ширина впадины зуба на делительной окружности Т = пm — St.

Тогда угол ϐ для точки MQ профиля впадины зуба, расположенной на делительной окружности, определится по формуле

 

 

Инструменты, основанные на схемах формообразования первого класса

 

 

Инструменты, основанные на схемах формообразования первого класса

 

 

Чтобы подсчитать координаты точки В профиля, расположенной на основной окружности, запишем уравнение эвольвенты для точки Мa расположенной на делительной окружности:

 

 

Инструменты, основанные на схемах формообразования первого класса

 

 

Рассмотрим произвольную точку профиля впадины зуба зубчатого колеса. Считаем, что она расположена на известной окружности радиуса rх. Чтобы исследуемые точки располагались на реальном профиле колеса, при вычислениях необходимо радиус rх выбирать в пределах rь<.rх<rа, где rа—радиус окружности выступов зубчатого колеса.

Запишем уравнение эвольвенты для произвольной точки профиля впадины зуба:

 

 

Инструменты, основанные на схемах формообразования первого класса

 

 

Координаты произвольной точки эвольвентного профиля впадины зуба

 

 

Инструменты, основанные на схемах формообразования первого класса

 

 

Построение профиля шаблона удобнее вести в системе хаув, которая проводится параллельно системе ху, но смещена от начала координат вдоль оси у на расстояние, равное радиусу окружности впадины rf.

Профиль активного участка зуба колеса, на котором наблюдается соприкосновение профилей сопряженных зубьев при работе передачи, может состоять только из эвольвентной части. Этот случай имеет место при нарезании зубчатых колес с большим или средним числом зубьев, когда радиус основной окружности меньше радиуса окружности, проходящей через крайнюю точку активного участка впадины зуба обрабатываемог колеса.

Чтобы при этом получить высокую прочность зуба обрабатываемого колеса, во впадине зуба создают закругление, обеспечивая плавное сопряжение активного эвольвентного участка профиля и окружности впадин. Радиус закругления выбирают таким образом, чтобы создать условия для беспрепятственного перемещения вершины зуба сопряженного колеса во впадине нарезаемого колеса.

 

 

Инструменты, основанные на схемах формообразования первого класса

 

 

При обработке колес с малым числом зубьев радиус основной окружности может быть больше радиуса окружности, проходящей через крайнюю точку активного
участка впадины зуба.

В этом случае неэвольвентный участок профиля, расположенный между окружностью впадин и основной окружностью, оформляется в виде отрезка прямой, касательной к удлиненной эвольвенте, которую описывает вершина зуба сопряженной рейки во впадине зуба нарезаемого колеса, если неизвестно колесо, в зацеплении с которым будет работать обрабатываемое колесо.

 

 

Если же известно колесо, сопряженное с нарезаемым, то прямолинейный участок профиля проводится по касательной к удлиненной энциклоиде, которую описывает вершина зуба сопряженного колеса во впадине обрабатываемого.

Зная профиль зубьев зубчатого колеса, т. е. профиль исходной инструментальной поверхности, находим режущую кромку (рис. 15.3) как линию пересечения исходной поверхности И с передней плоскостью и профиль задней поверхности резца как линию пересечения ее с плоскостью Ny перпендикулярной к образующей. Подобно фасонному строгальному резцу формулы для аналитического расчета его профиля в передней плоскости и в нормальном к образующим задней поверхности сечении имеют вид

 

 

Инструменты, основанные на схемах формообразования первого класса

 

 

Спроектированным фасонным резцом можно с помощью делительной головки последовательно впадину за впадиной на строгальном станке вести обработку зубчатого колеса. Но этот способ малопроизводительный и не нашел применения в практике. Повысить производительность этого способа обработки можно увеличением активной длины режущих кромок, одновременным строганием всех впадин зубчатого колеса. В этом случае инструмент представляет собой резцовую головку (рис. 15.4). Зубодолбежная головка — сложный сборный инструмент. Она состоит из корпуса в виде диска, в радиальных пазах ко-

 

 

Инструменты, основанные на схемах формообразования первого класса

 

 

торого установлены призматические фасонные резцы. Число резцов равно числу зубьев обрабатываемого колеса. Каждый резец прорезает только одну впадину.

В процессе зубодолбления заготовка совершает относительно головки возвратно-поступательное движение, которое обеспечивает требуемую скорость резания. Направление этого движения совпадает с осью заготовки.

Для распределения работы резания на ряд двойных ходов предусматривается периодическое движение подачи резцов в радиальном направлении при каждом рабочем ходе. При холостом ходе резцы отводятся от заготовки для устранения трения задней поверхности резцов о материал заготовки. Периодические движения резцов в радиальном направлении осуществляются за счет перемещений сводящего и разводящего колец относительно корпуса головки. Зубодолбежная головка является специальным и дорогостоящим режущим инструментом. Она предназначается для обработки одного определенного колеса на специальном станке при массовом и крупносерийном производстве зубчатых колес.

Превращая тело, ограниченное исходной поверхностью И, в инструмент, проектируем его на основе последовательной схемы срезания металла. Таким инструментом будет эвольвентная протяжка, предназначенная для обработки зубчатого колеса. Колеса наружного зацепления могут обрабатываться сборным инструментом (рис. 15.5, а). Однако в силу сложности конструкции такие инструменты имеют ог- раниченное применение. На рис. 15.5, б показано протягивание зубчатого сектора 3 из заготовки 1 с помощью эвольвентной протяжки 2. За один ход протяжки протягиваются все впадины сектора. Способ характеризуется высокой производительностью, простой кинематикой станка, однако требует дорогостоящего специального инструмента. При

 

 

Инструменты, основанные на схемах формообразования первого класса

 

 

обработке колес внутреннего зацепления используются соответствующие эвольвентные протяжки, Эвольвентные протяжки применяются также при обработке шлицевых отверстий с эвольвентным профилем. Эвольвентные протяжки чаще всего проектируются в виде комплекта, состоящего из двух и более протяжек с различной формой зубьев. Для увеличения срока службы протяжек с эвольвентным профилем применяются предварительные шлицевые протяжки, имеющие трапецеидальный профиль зубьев. Этим достигается значительное уменьшение ширины среза для эвольвентной протяжки, что облегчает процесс резания.

Рассмотрим схему формообразования, при которой движение поверхности детали Д относительно инструмента будет вращением вокруг его оси. Исходной инструментальной поверхностью, которая является огибающей поверхностью при вращении поверхности детали вокруг оси инструмента, будет поверхность вращения. В зависимости от положения оси вращения можно получить различные виды исходных инструментальных поверхностей.

Так, ось инструмента (рис. 15.1, б) может располагаться перпендикулярно к оси симметрии обрабатываемой впадины зуба и оси зубчатого колеса. При таком положении оси инструмента на базе исходной поверхности проектируются дисковые фасонные зуборезные фрезы и шлифовальные круги для фасонной обработки зубчатых колес. Ось инструмента может совпадать с осью симметрии обрабатываемой впадины зуба колеса (рис. 15.1, в). В этом случае на основе такой исходной инструментальной поверхности можно спроектировать пальцевую фрезу. Такие фрезы используются при обработке крупногабаритных зубчатых колес. Ось инструмента (рис. 15.1, г) может располагаться наклонно по отношению оси симметрии впадины обрабатываемого зуба и расположена таким образом, что исходная инструментальная поверхность охватывает обрабатываемое колесо. На практике широкого распространения подобная исходная инструментальная поверхность не получила и ее возможности в полной мере не выявлены. На базе этой исходной поверхности можно создать соответствующие фасонные зуборезные фрезы или протяжки для кругового протягивания зубьев. Такие инструменты имеют значительную зону контакта 'зубьев с заготовкой, что способствует повышению производительности обработки. Они автоматически обеспечивают бочкообразную форму зубьев обрабатываемого колеса. На рис. 15.1, д изображена исходная инструментальная поверхность, соприкасающаяся только с одной стороной впадины зуба зубчатого колеса. Фрезы, спроектированные на базе такой исходной инструментальной поверхности, имеют более благоприятный характер изменения задних углов вдоль режущей кромки, по сравнению с обычными дисковыми затылованнымн фрезами (рис. 15.1,6).

Для предварительной обработки зубчатых колес при рассматриваемой схеме можно использовать набор фрез (рис. 15.1, ё) с прямолинейным профилем. В этом случае профиль зуба будет ограничен ломаной линией, касающейся заданного профиля зуба колеса в различных его точках. Предварительную обработку зубьев можно вести двумя дисковыми фрезами (рис. 15.1, ж), вырезая только часть материала , впадины зуба. Этим способом целесообразно обрабатывать крупномодульные зубчатые колеса. Он является более производительным, чем обработка обычными фасонными зуборезными фрезами. Таким образом, по рассматриваемой схеме формообразования могут быть определены различные исходные инструментальные поверхности и на их основе спроектированы разнообразные зуборезные фрезы и протяжки. Наибольшее распространение в практике получили дисковые и пальцевые фасонные зуборезные фрезы.

Схема фрезерования зубчатых колес дисковыми или пальцевыми фрезами (рис. 15.6) включает вращение фрезы вокруг своей оси, чем создается требуемая скорость резания. Заготовка, закрепленная в шпинделе делительной головки, совершает движение подачи вдоль обрабатываемой впадины зубьев. После обработки одной впадины заготовку отводят от фрезы и поворачивают на один зуб при помощи делительной головки, после чего производится прорезание следующей впадины.

Рассматриваемый способ обработки исключительно прост и не требует применения специальных зуборезных станков, но характеризуется относительно малой производительностью и пониженной точностью нарезанных колес.

При обработке одного и того же зубчатого колеса размеры пальцевой фрезы в несколько раз меньше дисковой. Пальцевая фреза обеспечивает меньшую производительность и изнашивается быстрее, чем дисковая, требуя более сложной и частой переточки. Поэтому применение пальцевой фрезы для нарезания обыкновенных колес ограничено. Пальцевые фрезы' целесообравно использовать при обработке колес с большими модулями, когда размеры дисковых фрез получаются

 

 

Инструменты, основанные на схемах формообразования первого класса

 

 

недопустимо большими. Чистовые дисковые зуборезные фрезы проектируют как затылованные с передней плоскостью, проходящей через ось инструмента, т. е. они имеют передний угол γ = 0 и угол наклона режущей кромки λ = 0.

Как было показано ранее, профиль зубьев таких фрез совпадает с профилем исходной инструментальной поверхности И. Профиль же исходной инструментальной поверхности вращения совпадает с профилем детали. Это следует из того, что характеристикой, т. е. линией Е контакта поверхности детали и исходной инструментальной поверхности, является линия пересечения осевой плоскости фрезы, идущей перпендикулярно к оси детали. Нормали к цилиндрической поверхности детали располагаются в плоскостях, перпендикулярных к оси детали. Одна из таких плоскостей включает ось фрезы. В этой плоскости нормали к поверхности детали пересекают ось фрезы. Поэтому линия пересечения поверхности детали и рассматриваемой плоскости будет характеристикой Е. Таким образом, профилирование фасонных зуборезных фрез заключается в определении профиля впадины зуба прямозубого зубчатого колеса. Профиль зуба зубчатого колеса может быть определен аналитически либо графоаналитически по известному сопряженному профилю исходной зуборезной рейки.

Профиль впадины зуба зависит от числа зубьев колеса, модуля, угла профиля исходной зуборезной рейки. При увеличении числа зубьев радиусы кривизны профиля увеличиваются, и в пределе при бесконечно большом числе зубьев зубчатое колесо превращается в рейку с прямолинейным профилем зуба. Поэтому для каждого модуля, профильного угла и числа зубьев колеса теоретически необходимо иметь особую фасонную фрезу. Для уменьшения ассортимента применяют комплекты, состоящие из 8 или 15 номеров фрез определенного модуля. Каждая фреза комплекта предназначается для обработки группы колес с разным числом зубьев.

При проектировании наборов фрез определяют профили зубьев колес данного модуля с различным числом зубьев. Так, на рис. 15.7 изображены профили зубьев колес с числом зубьев г = 12 и г = оо. Дугу АВ наружной окружности делят на примерно равные отрезки, число которых равно числу фрез в наборе. Каждая фреза набора нарезает колеса, число зубьев которых лежит на соответствующем отрезке. По мере возрастания числа зубьев разница в их профилях непрерывно уменьшается. Поэтому одной фрезой можно обслужить более широкий диапазон чисел зубьев. Так, фреза № 2 из комплекта, включающего 8 фрез, предназначена для колес с числом зубьев, равным 14... 16, а фреза № 7 — для колес с числом зубьев, равным 55... 134. Расчет профиля фрезы ведется по колесу с наименьшим числом зубьев обрабатываемой группы колес. В результате обеспечивается меньшая опасность защемления сопряженного колеса и процесс зацепления протекает лучше, чем при проектировании фрез по среднему или большему числу зубьев нарезаемых колес.

Дисковые зуборезные фрезы могут быть чистовыми и черновыми и использоваться для предварительного и окончательного нарезания цилиндрических колес.

Чистовые фрезы изготовляются затылованными. Задняя поверхность у них создается радиальным затылованием по архимедовой спирали. Величина заднего угла на вершине принимается равной 12.. 15°. В этом случае на боковых кромках зуба фрезы величины задних углов снижаются до 1°30'..3°. Основные конструктивные элементы дисковой модульной фрезы показаны на рис. 15.8. Они определяются также, как и размеры фасонных затылованных фрез. Зуб дисковой модульной фрезы может выполняться без подфрезерования (рис. 15.8, а) и с подфрезерованием (рис. 15.8, б). Высота зуба Н для первых фрез

 

 

Инструменты, основанные на схемах формообразования первого класса

 

 

Цельные дисковые модульные фрезы изготовляются из легированной или быстрорежущей стали, обычно с нешлифованным профилем. Мелкомодульные фрезы (до модуля 1,0 мм) изготовляются целиком из твердого сплава.

При нарезании крупномодульных зубчатых колес наибольший удельный вес по трудоемкости приходится на долю черновой обработки. В этом случае целесообразно применять черновые дисковые зуборезные фрезы, которые могут проектироваться как фасонные фрезы с затылованными зубьями. Однако в отличие от чистовых фрез они имеют передний угол, равный 10°.

 

 

Инструменты, основанные на схемах формообразования первого класса

 

 

Применяются также затылованные дисковые зуборезные фрезы с разнонаправленными зубьями, у которых создаются положительные передние углы и на боковых кромках, что обеспечивает повышение стойкости инструмента. Для дробления стружки на режущей части фрезы выполняют канавки для стружкоразделения. Канавки располагают в шахматном порядке на задних поверхностях зубьев фрезы.

Черновые затылованные дисковые фрезы с фасонной режущей кромкой, соответствующей профилю обрабатываемого зуба, сложны в изготовлении и проектировании и имеют незначительные задние углы на боковых кромках, что снижает их режущие свойства. Поэтому большое распространение при предварительной обработке крупномодульных зубчатых колес получили фрезы с острозаточенными зубьями, имеющими трапециедальный профиль (рис. 15.9). Такая конструкция фрезы позволяет создать не только на вершинных, но и на боковых кромках целесообразные задние углы порядка 8...10°.

Угол профиля зуба рассматриваемой фрезы принимается равным 25...35°. Профиль с углом в 35° обеспечивает более рациональное расположение припуска для чистовой обработки, так как позволяет

 

 

Инструменты, основанные на схемах формообразования первого класса

 

 

Инструменты, основанные на схемах формообразования первого класса

 

 

уменьшить припуск во впадине зуба и за этот счет облегчить работу чистовой фрезы.

Фасонные зуборезные фрезы могут применяться также для обработки косозубых колес. Для правильн9го нарезания таких колес необходимо иметь специально для них спроектированные фрезы. Для очень грубых передач с небольшим углом наклона зубьев β можно применять обычные фасонные зуборезные фрезы. В этом случае косозубое колесо уподобляется прямозубому колесу, имеющему приведенное число зубьев zи. Для определения приведенного числа зубьев zu рассматривается нормальное сечение зуба косозубого колеса (рис. 15.10). Радиус кривизны Ru кривой сечения определяется по теореме Эйлера;

 

 

Инструменты, основанные на схемах формообразования первого класса

 

 

По этой формуле подсчитывают приведенное число зубьев zи косозубого колеса, по которому выбирают фрезу из набора

Пальцевые фасонные зуборезные фрезы (рис 15.11) применяются при нарезании зубчатых колес больших модулей. Oни лредcтавляют собой тела вращения с режущими зубьями на внешней поверхности.

 

 

Инструменты, основанные на схемах формообразования первого класса

 

 

Пальцевая фреза закрепляется на оправке резьбой, выполненной в корпусе. Точная установка на оправке достигается внутренней цилиндрической выточкой и торцом или наружным цилиндрическим направляющим буртиком и торцом. Для навертывания фрезы на оправку предусмотрены лыски под ключ.

При обработке прямозубых цилиндрических зубчатых колес профиль исходного тела вращения фрезы представляет собой профиль впадины зубчатого колеса. Число зубьев обычно принимается четным и равным 2...8 для фрез диаметром 40...220 мм.

Пальцевые модульные фрезы изготовляются с за тылованными зубьями. Они имеют плоскую переднюю поверхность, проходящую через ось фрезы, по которой и перетачиваются в процессе эксплуатации. Для получения благоприятных задних углов на протяжении всей режущей кромки применяют затылование пальцевых фрез под углом 10... 15° к оси. При заточке таких фрез по передней плоскости размеры профиля искажаются, и после нескольких переточек фреза не обеспечивает обработку зубчатых колес необходимой точности.

Для предварительного нарезания зубчатых колес применяют черновые пальцевые зуборезные фрезы, которые могут проектироваться с затылованными зубьями с фасонным профилем. По конструкции они мало отличаются от чистовых. На режущих зубьях черновые фрезы имеют стружкоразделительные канавки, расположенные в шахматном порядке. Эти канавки выполняются с шагом от 5 до 30 мм, шириной 2...4 мм. Для улучшения условий резания канавки у черновых фрез рекомендуется делать не прямыми, а винтовыми с углом наклона 10...15° и передним углом γ = 5... 10°.

Одним из недостатков рассматриваемой конструкции пальцевой фрезы является ее фасонный профиль. Это затрудняет изготовление таких фрез с остроконечными зубьями, перетачиваемыми по задней поверхности.

Повышение производительности при черновом нарезании зубьев можно получить за счет применения черновых пальцевых фрез с прямолинейным профилем. Эти фрезы изготовляются незатылованными с целесообразными значениями передних и задних углов, что позволяет значительно повысить режимы резания и поднять стойкость инструмента.

При большом числе зубьев эвольвентный профиль зубчатого колеса незначительно отличается от прямолинейного. Поэтому чистовая обработка таких колес может производиться торцовыми фрезами (рис. 15.12).

Первый класс схем формообразования включает также схему, по которой движение поверхности детали относительно инструмента является винтовым. В этом случае исходная инструментальная поверхность как огибающая поверхности детали Д будет винтовой поверхностью . На базе этой поверхности можно создать соответствующие зуборезные инструменты. Однако эти инструменты более сложны, чем ранее рассмотренные и не нашли применения в производстве.

 

 

Смотрите также