|
Рассмотрим решение задачи профилирования режущих кромок дисковой модульной фрезы применительно к этим двум частям. Из сказанного выше известно, что эвольвентный профиль имеет переменный радиус кривизны, зависящий от числа зубьев колеса z1 и угла профиля а. Модуль т определяет высоту и толщину зубьев, а в сочетании с zt - диаметральные размеры колеса. Все эти параметры перед профилированием должны быть заданы.
Расчетную схему строим так, чтобы начало координат совпало с центром колеса О, а ось Y проходила через линию симметрии впадины между зубьями (рис. 10.10). На схеме ги гьи га1, /у, и гм - радиусы окружностей соответственно делительной, основной, выступов, впадин и произвольной для некоторой точки М эвольвенты зуба колеса. Для построе-
ния профиля режущей кромки в полярной системе координат необходимо найти значение угла 5М при заданном значении радиуса гм.
Центральный угол 8, для точки 1, лежащей на делительной окружности, будет равен четверти углового шага между зубьями (без учета коррекции и припуска на последующую обработку), т.е.
8, =2я/(4г,) = 71/(22,).
Для точки 2 на основной окружности, как следует из уравнения эвольвенты (10.1) и рис. 10.10,
82 = 8|- inva = ft/(2z,)-inva.
Для любой точки М эвольвенты, лежащей на окружности радиуса Гм, угол
8AY = 82 + invaM = 7r/(2z,)-inva -invaw. (10.23)
В этих уравнениях значения углов 8|, 82 и дм получаются в радианах. Для перевода в градусы их следует умножить на 57,29578° или воспользоваться справочными таблицами. В уравнении (10.23) для стандартного зацепления а = 20°, a cos ам = rb/rM.
Как следует из рис. 10.10, координаты точки М удобнее задавать в декартовой системе координат:
(10.24)
При расчете профиля шаблона начало координат переносят из точки О в точку Ои лежащую на окружности впадин. При этом пересчитывают значения ординат Уш точек шаблона:
Значения абсцисс остаются без изменения, т.е. ХШ=ХМ.
Обычно для построения профиля берут 5-10 точек на профиле плюс 3 точки выше окружности выступов. Чем больше точек, тем выше точность построения профиля.
У чистовых фрез, предназначенных для нарезания корригированных колес, с учетом величины смещения профиля х,т и утонения зуба колеса на делительной окружности (для создания бокового зазора) величину 8i можно определить по уравнению
где e,' - ширина впадины по делительной окружности для корригированных зубьев колеса; - коэффициент смещения профиля (задается чертежом колеса); AS, - утонение зуба (берется из справочника [23, 24] в зависимости от модуля).
При построении профиля вершины зуба фрезы, обрабатывающей нерабочий участок зуба колеса, исходят из следующих требований.
1. Необходимо обеспечить радиальный зазор сопрягаемых колес, который должен быть равен не менее 0,25т.
2. Нельзя допускать интерференцию (наложение) профилей сопрягаемых колес z, и z2. В этом случае наибольшую опасность представляет сопряжение колеса с рейкой.
Первое требование выполняется путем оформления впадины у основания зуба колеса и, соответственно, вершины зуба фрезы по окружности радиуса (рис. 10.11, а):
г1 = кт,
где к - коэффициент, зависящий от числа зубьев колеса (к = 0,25...0,52, причем наибольшее значение коэффициента берется для z, = 12, а наименьшее - для z, = 134. Абсцисса центра окружности хх/2 находится
путем построения профиля, а ордината у\ = /).
Второе требование обусловлено тем, что интерференция профилей сопряженных колес может привести к заклиниванию передачи, что недопустимо. Поэтому нерабочий участок профиля впадины зуба колеса z, должен быть построен по касательной к траектории вершины зуба сопрягаемого колеса z2 или рейки. Для колеса это удлиненная эпициклоида, для рейки - удлиненная эвольвента. Эти кривые можно построить по уравнениям, приведенным в [22].
Учитывая невысокую точность колес, нарезаемых дисковыми фрезами, построение профиля нерабочего участка упрощают. При этом возможны два варианта, в зависимости от положения основной окружности относительно окружности впадин.
1. Основная окружность лежит ниже окружности впадин, т.е. гьх < г/, (рис. 10.11, а). Для некорригированных колес это имеет место при z, > 34. В этом случае весь профиль до окружности впадин будет теоретически эвольвентным, ибо эвольвента начинается от основной окружности. Для построения профиля нерабочего участка ниже точки К проводят касательную к окружности впадин колеса и строят сопряжение дуги окружности радиуса г' (по уравнению (10.26)) с этой касательной и эвольвентой.
Рис. 10.11. Построение нерабочего участка профиля фрезы ниже точки К: а - rfl > гЬ\ (z, > 34); б - /у, < гы (z, < 34) |
2. Основная окружность лежит выше окружности впадин, т.е. гы > Гу, (рис. 10.11, б). В этом случае нерабочий участок имеет наибольшую протяженность - от основной окружности до окружности впадин. Участок от точки К на основной окружности до точки В в месте сопряжения с окружностью радиуса г' строят по прямой под углом 5° к линии симметрии впадины. Для некорригированных колес это имеет место при z1 < 34. Для z 1 = 12... 16 участок CD = 0, т.е. центр окружности г' лежит на линии симметрии впадины колеса.
Как показывает анализ, наиболее существенное изменение профиля зубьев колес имеет место в диапазоне z\ = 12... 135. Поэтому для точного нарезания зубьев колес одного значения модуля необходимо иметь число фрез и = 135 - 12 = 123 шт. Такое большое число фрез иметь нерентабельно, учитывая, что многие из них могут быть невостребованы и, кроме того, изменения профиля у двух соседних чисел зубьев весьма незначительны, особенно при больших их значениях.
С целью снижения числа типоразмеров фрез их целесообразно изготавливать комплектами из ограниченного количества фрез, каждая из которых предназначается для изготовления колес с числом зубьев в определенном диапазоне.
Стандартные дисковые фрезы изготавливают комплектами из 8 штук (номеров) для модулей т < 8 мм и из 15, а иногда из 26 номеров для колес т > 8 мм.
В основу комплектования фрез положено равенство отрезков по дуге окружности выступов колес. Для этого вычерчивают в увеличенном масштабе профиль рейки и профили зубьев колес от z = 12 и более. Разницу профилей по наружному диаметру делят на 8 примерно равных отрезков и определяют, какому числу зубьев соответствуют номера профилей от 1 до 8 (рис. 10.12). Каждая фреза из комплекта, таким образом, предназначена для нарезания определенного диапазона чисел зубьев. В табл. 10.1 приведены данные об этих диапазонах для номеров фрез в наборе из 8 и 15 фрез.
Из таблицы видно, что чем больше номер фрезы, тем шире диапазон чисел нарезаемых зубьев, а фрезой № 8 можно нарезать колеса с z = 135 до оо, т.е. включая рейку.
10.1. Зависимость числа нарезаемых зубьев колеса от номера дисковой зуборезной фрезы для комплектов из 8 фрез (т £ 8 мм) и 15 фрез (т> 8 мм)
|
С увеличением модуля увеличивается высота зубьев, а разница в кривизне профилей становится большей. Поэтому предусматриваются более узкие диапазоны чисел нарезаемых зубьев и большее число фрез в комплекте. Промежуточные номера при этом обозначаются дробными числами, например 3*/2 (для комплекта из 15 фрез) или 5 '/4 (для комплекта из 26 фрез). Следует иметь в виду, что фреза каждого номера профилируется по наименьшему числу зубьев диапазона. В этом случае уменьшается опасность защемления зубьев сопряженных колес, так как радиус кривизны профиля будет тем меньше, а, соответственно, ширина прорезаемой впадины тем больше, чем меньше число зубьев нарезаемого колеса.
Особенности конструкции и геометрические параметры дисковых зуборезных фрез. Основные размеры фрез выбираются так же, как и для обычных дисковых фасонных фрез. Для стандартных фрез наружный d„о и посадочный dm* диаметры определяют по эмпирическим уравнениям:
dM = 43,5m0’5; dm = 1,06 da0J1.
Для упрощения изготовления и переточки зубья фрез затылуют по архимедовой спирали. Величина падения затылка по вершине зуба определяется по известному уравнению
кг = -^^-tgaB,
z0
где га0 - радиус наружной окружности фрезы; z0 - число зубьев фрезы; а„ - задний угол на вершине зуба.
Задние углы на боковых режущих зубьях в нормальном сечении (рис. 10.13):
tg ам =—tg ав sin ф-, (10.27)
П
где г; - радиус любой j-й точки режущей кромки; ф< - угол между касательной к профилю и перпендикуляром к оси фрезы (ф, = Ю...160).
Из уравнения (10.27) и рис. 10.13 следует, что величина а№ переменная. Она уменьшается в точках боковых режущих кромок около вершины до 1°30'даже приссв = 12...15°.
Передний угол у стандартных фрез равен нулю, что ухудшает условия резания, но упрощает изготовление, переточку и контроль профиля зубьев фрез.
При нарезании колес крупных модулей удаление больших объемов металла из впадин занимает много времени. С целью повышения произ-
Рис. 10.13. Определение заднего угла на боковых режущих кромках в нормальном сечении |
водительности для предварительного (чернового) фрезерования используют фрезы со вставными ножами, часто оснащенными напайными твердосплавными пластинами. В этом случае профиль зубьев можно брать упрощенный - прямобочный или трапециевидный.
Зубья лучше выполнять не затылованными, а остроконечными с заточкой по передней и задней граням. Это дает возможность увеличить значения задних углов до оптимальных величин, увеличить число зубьев, а следовательно, повысить стойкость и производительность фрез. Передние углы берут положительными (до у = 10...15°), что облегчает процесс резания.
С этой же целью используют наборы из 2-4 фрез, насаживаемых на одну оправку (рис. 10.14).
В этом случае каждая фреза удаляет определенную часть металла из впадины между зубьями колеса. После прохода набора фрез колесо поворачивается на один зуб с помощью делительного устройства. Таким образом, предварительное нарезание зубьев производится методом бесцен- троидного огибания с делением припуска между фрезами в наборе, Окончательно профиль впадины формируется чистовой фрезой, припуск на которую благодаря такой схеме резания снижается. Это способствует повышению точности нарезаемых колес и стойкости фрез.
Рис.
Пальцевые зуборезные фрезы - это концевые фрезы с фасонным профилем режущих кромок; применяются в тяжелом машиностроении для нарезания крупномодульных колес (т = 10... 100 мм) с прямыми, косыми и шевронными зубьями.
В отличие от дисковых фрез, пальцевые фрезы (рис. 10.15) крепятся консольно с помощью резьбы, с базированием по точно выполненному цилиндрическому пояску на посадочной части шпинделя станка.
В процессе работы ось фрезы, совпадающая с осью шпинделя, совмещена с линией симметрии впадины между зубьями нарезаемого колеса. Фреза, вращаясь, перемещается вдоль зуба колеса. При этом движение подачи задается либо фрезе, либо заготовке.
Рис. 10.15. Пальцевая зуборезная фреза |
По сравнению с дисковыми фрезами, пальцевые фрезы имеют значительно меньшие габаритные размеры. Диаметральные размеры их рабочей части определяются размерами впадины между зубьями колеса. Обычно фрезы изготавливаются диаметром от 40 до 220 мм с четным числом зубьев от 2 до 8.
Чаще всего зубья затылуют, причем из трех возможных способов затылования: радиального, осевого и наклонного - наилучшие результаты дает наклонное затылование под углом 10... 15° к оси фрезы. При этом задний угол по длине режущих кромок примерно постоянный и, что наиболее важно, изменение диаметра при переточке по передней поверхности зубьев весьма незначительно, а следовательно, мало и искажение профиля нарезаемых впадин колеса после переточки фрезы.
Передние углы у чистовых пальцевых фрез принимаются равными нулю для упрощения изготовления, переточки и контроля профиля.
У черновых фрез с целью снижения сил резания затачивают положительный передний угол (до 8°). Профиль режущих кромок делают прямолинейным, а для деления стружки по ширине выполняют стружкоделительные канавки, расположенные на соседних зубьях в шахматном порядке. С целью экономии инструментальных материалов зубья у фрез с тп > 50 мм делают с приваренными сваркой режущими пластинами. Для получения оптимальных задних углов зубья фрез изготавливаются остроконечными, а не затылованными.
У чистовых пальцевых фрез для нарезания прямозубых колес методом копирования профиль режущих кромок определяется по той же методике, что и для дисковых фрез, т.е. он совпадает с профилем впадины между зубьями колеса. При нарезании же косозубых колес такого совпадения нет ни в одной из плоскостей сечения. Точки контакта зубьев фрезы с заготовкой лежат на боковых винтовых поверхностях зубьев в разных плоскостях. При этом профиль нарезаемого зуба получается как огибающая различных положений профиля фрезы. Задача профилирования режущих кромок в этом случае решается путем сложных графоаналитических вычислений по методике, изложенной в [21].
Существенными недостатками пальцевых фрез являются низкая производительность и малая точность нарезаемых колес.
Низкая производительность обусловлена самим способом нарезания: малым числом зубьев, нежестким консольным креплением, большими усилиями резания из-за большой ширины срезаемого слоя и большого угла контакта с заготовкой, вследствие чего приходится снижать подачу и скорость резания.
Низкая точность нарезаемых колес определяется погрешностями профиля фрезы при переточке, погрешностями установки во впадине и погрешностями механизма деления.
Достоинством пальцевых фрез является возможность использования их на универсальных фрезерных станках при нарезании колес очень больших модулей, а в случае нарезания шевронных колес без канавки для выхода инструмента в месте изменения наклона зубьев, они являются единственно возможным зуборезным инструментом.
Пальцевые фрезы являются специальным инструментом и серийно не изготавливаются.
10.3. ЧЕРВЯЧНЫЕ ЗУБОРЕЗНЫЕ ФРЕЗЫ
Червячные зуборезные фрезы - это многолезвийные инструменты реечного типа, работающие по методу обката. Они изготавливаются на базе червяка, в котором для образования зубьев прорезаны стружечные канавки. При пересечении с витками червяка они образуют переднюю поверхность в виде рейки. Задние углы на зубьях создаются, как правило, затылованием, что облегчает переточку фрезы в процессе эксплуатации. Так как рейки находятся на витках червяка, то при вращении последнего режущие кромки зубьев получают не только движение вокруг оси фрезы, но и непрерывное смещение вдоль ее оси. Таким образом, червячная фреза является инструментом с конструктивным движением обката или инструментом с бесконечной рейкой, находящейся в зацеплении с нарезаемым колесом.
Способ фрезерования зубчатых колес имеет широкое распространение в промышленности благодаря своей универсальности, высокой производительности и точности. Одной и той же фрезой данного модуля можно нарезать колеса с различным числом зубьев, что значительно сокращает число типоразмеров фрез. Благодаря непрерывности процесса обката достигаются высокая производительность и точность колес по шагу. Обработка ведется на специальных зубофрезерных станках, обеспечивающих вращение фрезы и заготовки вокруг своих осей и движение подачи фрезы вдоль оси нарезаемого колеса.
По точности червячные фрезы изготавливаются классов ААА и АА (прецизионные) А, В, С и Д (общего назначения) и предназначены для нарезания колес 5-9-й степеней точности.
Рис. 10.16. Схема зубонарезания червячной фрезой: а - зацепление колеса и фрезы с рейкой; б - развертка витка фрезы на делительном цилиндре |
Кроме того, фрезы подразделяются:
а) по числу заходов червяка — на одно- и многозаходные;
б) по направлению витков - правые (для нарезания прямозубых и правозаходных колес) и левые (для нарезания одноименных косозубых колес);
в) по способу крепления - насадные и хвостовые (для червячных колес);
г) по конструкции - цельные и сборные;
д) по технологии изготовления - с нешлифованными и шлифованными поверхностями зубьев.
Принцип работы червячных фрез. Процесс зубонарезания червячной фрезой подобен процессу зацепления двух зубчатых колес. При этом червяк можно рассматривать как колесо с винтовыми зубьями, число которых равно числу заходов. Оси червяка и колеса скрещиваются в пространстве (рис. 10.16, а).
В процессе зубонарезания фреза и колесо вращаются вокруг своих осей, а движение подачи вдоль оси колеса осуществляется перемещением
суппорта станка, причем с самого начала зубья фрезы врезаются на полную глубину впадины между зубьями колеса. Вращение колеса и фрезы строго скоординированы с движением подачи. За один оборот фрезы колесо поворачивается вокруг оси на a/z} оборота, где а - число заходов фрезы; z\ - число зубьев нарезаемого колеса. Все зубья однозаходной фрезы участвуют в формировании профиля впадины зубьев колеса, которые получаются как огибающая различных положений зубьев фрезы. При работе многозаходных фрез за один оборот фрезы одновременно обрабатывается число впадин, равное числу заходов.
Известно, что при фрезеровании инструмент с заготовкой имеет прерывистый контакт, поэтому при зубонарезании это приводит к появлению на боковых поверхностях зубьев колеса огранки (/оф), а по дну впадины - волнистости (/волн) (рис. 10.17). Хотя эти отклонения от теоретически точного профиля малы, тем не менее они сказываются на плавности при работе зубчатой передачи. Поэтому при изготовлении точных колес необходимы дополнительные операции, такие как шевингование, зубошлифование.
Величины огранки и волнйстости могут быть рассчитаны по формулам, приведенным в [12, 22], из которых следует, что они возрастают с увеличением числа заходов фрезы и продольной подачи.
Из теории зацепления известно, что для правильного зацепления двух колес с разным направлением зубьев необходимо, чтобы каждое из них правильно сцеплялось с одной и той же рейкой. Это возможно только при равенстве шагов, угла профиля и модуля в сечении, нормальном к направлению витков на среднем (делительном) цилиндре фрезы и рейки, т.е. должно быть: Рл0 = Pi, а0 = аь тм-т\.
Кроме того, в теории эвольвентного зацепления доказывается, что если одно из колес передачи имеет эвольвентный профиль, то и сопряженное колесо должно быть также эвольвентным.
Рассмотрим, как выполняются эти требования при проектировании червячных фрез.
Как следует из рис. 10.16, а, для того чтобы витки фрезы и зубья нарезаемого колеса касались одной и той же пространственной рейки, ось фрезы Офр должна быть установлена под углом т = у^о к нормальному сечению рейки, а следовательно, и к торцу колеса, если оно прямозубое (здесь ут0 - угол подъема витков червяка на делительном цилиндре диаметром dm0).
Из развертки винтовой линии витка на этом цилиндре (рис. 10.16, б) следует, что
*6 ГтО =РС0/Мт0). (Ю.28)
Л
Рис. 10.17. Образование погрешностей профиля колеса при зубофрезеровании:
а - волнистость; б - огранка
осевой шаг
^o=^o/cosym0.
Для исходного контура зубчатой рейки принято, что нормальный шаг Р„о = пт. Следовательно,
пт
- ; sinym0=. (10.30)
ndm0 cos ym0 ndmQ cos ym0 dm0
Исходя из второго требования теории зацепления, теоретически точная червячная зуборезная фреза должна быть изготовлена на базе исходного эвольвентного червяка. Однако на практике это создает большие затруднения, как при изготовлении самого червяка, так и при затылова- нии зубьев и контроле их профиля. Дело в том, что профиль зубьев эвольвентного червяка в осевом сечении, в котором осуществляется радиальное затылование, имеет криволинейную форму. Из-за этого невоз-
можно обеспечить его постоянство при переточках фрезы. Для осевого же затылования боковых поверхностей зубьев необходимы специальные станки, которые, однако, не могут обеспечить одновременно затылование зубьев по вершинным и боковым режущим кромкам. Невозможно также обеспечить точный контроль профиля зубьев из-за отсутствия необходимых приборов.
Поэтому на практике червячные фрезы проектируют и изготавливают на базе архимедовых и конволютных червяков, максимально приближенных к эвольвентному червяку и лишенных указанных недостатков.
Типы и свойства винтовых поверхностей червяков, применяемых для изготовления фрез. В основе боковых поверхностей витков указанных выше червяков лежат линейчатые винтовые поверхности, т.е. поверхности, образованные винтовым движением отрезка прямой относительно оси вращения.
Архимедова винтовая поверхность образуется отрезком прямой, пересекающейся с осью под углом р (рис. 10.18, а). В частном случае при р = 90° образуется поверхность коноида, примером которого является винт с прямоугольной резьбой или передняя поверхность зубьев червячной фрезы, образуемая при фрезеровании стружечных канавок с передним углом у = 0°.
В осевом сечении архимедовой винтовой поверхности находится прямая - образующая этой поверхности, а в сечении, перпендикулярном к оси, - архимедова спираль.
Архимедов червяк, используемый для изготовления зуборезных фрез, представляет собой резьбовое изделие с трапециевидной резьбой, которая может быть образована резцом с передней гранью, установленной в осевой плоскости, т.е. проходящей через линию центров (рис. 10.18, б).
В этойг же плоскости производится радиальное затылование зубьев фрезы резцами с прямолинейными режущими кромками, а также контроль профиля с высокой точностью специальными приборами.
Другим примером использования архимедовой винтовой поверхности является поверхность витков метрической резьбы с углом образующей к оси, равным Р = 60°.
Как показал анализ, при замене эвольвентного червяка архимедовым достигается наименьшая погрешность профиля нарезаемых колес по сравнению с конволютным червяком [22]. Поэтому чистовые червячные фрезы изготавливаются на базе архимедовых червяков.
Конволютная винтовая поверхность образуется отрезком прямой, которая, совершая винтовое движение относительно оси, все время остается касательной к некоему цилиндру, называемому направляющим цилиндром (рис. 10.18, в).
Рис. 10.18. Типы винтовых поверхностей и способы изготовления червяков: а - архимедова винтовая поверхность; б - способ изготовления архимедова червяка; в - конволютная винтовая поверхность; г - способы изготовления конволютного червяка; д - эвольвентная винтовая поверхность; е - способ изготовления эвольвентного червяка |
В сечении этой поверхности плоскостью, касательной к направляющему цилиндру, лежит прямая - образующая, а в сечении, перпендикулярном к оси, - удлиненная эвольвента. Из множества конволютных червяков для изготовления червячных фрез берут такой червяк, который в сечении, перпендикулярном к виткам, дает прямолинейный профиль, подобный профилю исходного контура рейки. Такой червяк можно нарезать резцом, устанавливаемым в плоскости N-N, или дисковой фрезой с прямолинейными режущими кромками, ось которой параллельна плоскости N-N (рис. 10.18, г). Контроль профиля зубьев у таких фрез производится также в этой плоскости с помощью шаблона на просвет, что из-за наличия субъективного фактора снижает точность измерения. Так как при замене эвольвентного червяка конволютным также возникают погрешности, причем большие, чем при замене архимедовым червяком, то на базе конволютных червяков изготавливают черновые и получистовые червячные фрезы. В то же время использование дисковых фрез при изготовлении таких червяков значительно снижает трудоемкость нарезания витков.
Эволъвентная винтовая поверхность является частным случаем конволютной винтовой поверхности, когда образующая прямая касатель- на не только к направляющему цилиндру, но и к винтовой линии на нем, образованной винтовым перемещением точки контакта образующей и цилиндра (рис. 10.18, д). В качестве направляющего цилиндра принимается основной цилиндр. В сечении этой поверхности плоскостью, перпендикулярной к оси, лежит эвольвента, а в сечении плоскостью, касательной к цилиндру, - прямая.
Особенностью эвольвентной винтовой поверхности является то, что это единственная из линейчатых винтовых поверхностей, развертывающаяся на плоскости, т.е. ее можно обрабатывать плоскостью инструмента, например плоскостью шлифовального круга. Другие линейчатые поверхности - неразвертывающиеся, поэтому их можно получать только инструментом с прямолинейной режущей кромкой.
Дата добавления: 2015-09-29; просмотров: 17 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |