Зубофрезерование цилиндрических колес (стр. 2 из 4)
Совмещенное зубофрезерование и зубодолбление - новое направление в расширении технологических возможностей зубофрезерных станков. Созданы станки, на которых можно выполнять одновременно зубофрезерование и зубодолбление двух или трех зубчатых венцов, а также только зубофрезерование или зубодолбление наружных или внутренних венцов. Станки изготовлены на базе зубофрезерного станка, зубодолбежная головка установлена вместо задней колонны.
Основные преимущества совмещенного зубофрезерования и зубодолбления: более короткое время изготовления одной детали благодаря одновременной обработке двух-трех зубчатых венцов; для обработки двухвенцового колеса необходим один станок, одно зажимное приспособление, при этом сокращается стоимость оборудования, производственная площадь и т. д.; повышается точность обработки в отношении концентричности обоих зубчатых венцов, так как они нарезаются за одну установку.
3. Инструмент для нарезания цилиндрических зубчатых колес
Червячная фреза представляет собой одно- или многозаходный червяк, который имеет определенный исходный контур зубчатой рейки, а расположенные вдоль оси продольные стружечные канавки образуют зубья с режущими кромками, необходимые для обработки резанием.
Конструктивные элементы червячной фрезы приведены на рис. 3. Модуль и угол профиля фрезы должны
Рис. 3. Червячная фреза цельная:
а - общий вид фрезы; б, в, г - профиль зуба фрезы в нормальном сечении; De- наружный диаметр; Dt- делительный диаметр; t - осевой шаг; tn- нормальный шаг; tокр - окружной шаг фрезы; Sх - толщина зуба; h - высота зуба; h' - высота головки; Dr - диаметр контрольного буртик
быть равны модулю и углу профиля нарезаемого колеса. Зубья 1 червячной фрезы затылованы по архимедовой спирали, благодаря чему при переточке фрезы по передней поверхности 2 задние углы при вершине зуба ав= 10--12о и на боковой режущей кромке аб= 2--4о, а также толщина зуба практически не изменяются. Для чистовых червячных фрез передний угол γ=0, для черновых фрез γ=5-100.Стандартный профиль зубьев фрезы в осевом сечении имеет прямые стороны (рис. 3, б). Червячные фрезы под шлифование и шевингование имеют модифицированный профиль (рис. 3,в). Утолщение, так Называемый «усик» 4 на головке зуба фрезы, служит для поднутрения ножки зуба колеса, фланк 3 срезает фаску на вершине зуба колеса. Для повышения прочности зубьев колеса головка зуба фрезы скругляется и высота ее увеличивается (рис. 3,г), при этом необходимо соответственно увеличить полную высоту зуба колеса.
В зависимости от вида производства и требуемой точности наиболее широкое применение имеют четыре основные группы червячных фрез: цельные фрезы со шлифованным профилем, сборные фрезы с поворотными вставными рейками, цельные затылованные фрезы с нешлифованным профилем повышенной точности и твердосплавные червячные фрезы.
Цельные фрезы со шлифованным профилем применяют для обработки высокоточных цилиндрических колес с прямыми и косыми зубьями, червячных колес, шлицев и зубчатых колес в единичном и серийном производстве. Чистовые червячные фрезы изготавляют по ГОСТ 9324-80Е. Точность изготовления червячных фрез различная. Фрезы самой высокой точности класса АА предназначены для обработки зубчатых колес 7-й степени точности (ГОСТ 1643-81 ) с модулем 1-10 мм. Цельные чистовые червячные фрезы общего назначения классов точности А , В и С используют для обработки колес с модулем 1-14 мм. Черновые червячные фрезы изготовляют с пониженной точностью, в большинстве случаев с нешлифованным профилем зубьев. Цельные фрезы с модулем примерно до 10 мм имеют небольшие длину и наружный диаметр. У фрез этой группы длина фрезы практически равна наружному диаметру. Цельные фрезы, как правило, изготовляют однозаходными.
Рис. 4. Червячная фреза с поворотными вставными рейками
Червячные фрезы с поворотными вставными рейками применяют главным образом в условиях массового производства. Эти фрезы имеют большую длину реек (до 200 мм), количество заходов 2-3, повышенную твердость реек (HRC 66-68), ширина зуба рейки увеличена до 20--25 мм, количество реек колеблется в пределах 10-17. Наблюдается тенденция к увеличению наружного и внутреннего диаметров.
Основная причина, вызвавшая создание длинных фрез, связана с увеличением времени работы фрезы на станке. В результате повышения мощности, жесткости и автоматизации современных зубофрезерных станков, а также увеличения режимов резания машинное время зубофрезерования значительно сократилось и фрезу приходится часто менять на станке. Кроме того, длинные фрезы более экономичны, чем короткие.
На рис. 4 показана сборная червячная фреза с поворотными вставными рейками, имеющая наибольшее применение в промышленности. Фрезы этой конструкции имеют большой период стойкости, обеспечивают высокую точность и производительность.
Окончательное шлифование профиля реек производят на резьбошлифовальном станке с большими боковыми и задними углами. Шлифование осуществляется большим кругом с обеспечением высокой производительности и качества. Подогревая рабочий корпус 1 червячной фрезы, запрессовывают рейки 2 в прямоугольные пазы. Плотная посадка реек гарантирует высокую жесткость против осевого перемещения. Дополнительно рейки удерживаются боковыми крышками 3, которые запрессовываются в нагретом состоянии с натягом 0,1 мм и закрепляются винтами 4.
Цельные червячные фрезы с нешлифованным профилем повышенной точности отличаются от шлифованных тем, что после закалки профиль зубьев не подвергается механической обработке. Их точность по сравнению с фрезами со шлифованным профилем ниже и соответствует классу В. Фрезы с нешлифованным профилем по сравнению с цельными фрезами со шлифованным профилем имеют большее число переточек, большие задние и боковые углы, которые обеспечивают повышенный период стойкости, и более низкую стоимость.
За последние годы наметилось новое направление при изготовлении фрез с нешлифованным профилем. С целью повышения их точности до класса А профиль зубьев фрезы после термообработки подвергают электроискровой обработке.
Цельные фрезы, изготовленные методом электроискровой обработки, широко применяют в автомобильной промышленности под последующее шевингование. Фрезы с модулем от 1,75 до 3,5 имеют большую длину150 мм, малый наружный диаметр в пределах 65-77 мм. Шпоночный паз для передачи вращения делают в отверстии или на торце, в последнем случае внутреннее отверстие уменьшают - жесткость фрезы увеличивается. Для повышения периода стойкости на зубья фрезы наносят покрытие из нитрида титана.
Твердосплавные червячные фрезы изготовляют цельными и сборными с монолитными твердосплавными рейками. У фрез с модулем свыше 10 мм твердосплавные пластины припаивают к зубу корпуса фрезы.
Из-за частых выкрашиваний режущих кромок, высокой стоимости и практически отсутствия специальных зубофрезерных станков с высокой жесткостью и мощным приводом область применения твердосплавных фрез ограничена. Твердосплавные фрезы в основном применяют для обработки зубчатых колес из неметаллических материалов (пластмасс) и цветных металлов в часовой и приборостроительной промышленности.
При обработке серого чугуна выкрошивания режущих кромок не наблюдается, поэтому ряд ведущих автомобильных заводов применяют эти фрезы в серийном производстве. Твердосплавные фрезы применяют и для обработки стальных зубчатых колес малого модуля 1-2,5 мм. Эти колеса нарезают на специальных зубофрезерных станках при скорости резания 200-300 м/мин.
Большой отрицательный передний угол на зубьях фрезы обеспечивает равномерное резание при большой подаче с минимальным усилием резания и отсутствием ударов и вибраций. Эти фрезы снимают небольшой припуск с боковой стороны зуба (0,1-0,4) , не касаясь дна впадины, что способствует получению высокого качества шероховатости боковых поверхностей зубьев колеса (Ra = 1—2 мкм). Большой период стойкости фрезы позволяет окончательно обрабатывать зубчатые колеса большого диаметра без промежуточной ее заточки с обеспечением высокого качества.
Многозаходные червячные фрезы применяют для повышения производительности станка при зубофрезеровании. Чтобы рационально использовать преимущества многозаходных фрез, необходимо соблюдение определенных условий.
Однозаходная червячная фрезаимеет только одну винтовую линию (виток), навитую на наружную цилиндрическую поверхность. За один оборот такой фрезы обрабатываемое зубчатое колесо повернется на один зуб. Двухзаходная червячная фреза имеет две винтовые линии, навитые на наружную цилиндрическую поверхность. За один оборот фрезы колесо повернется на два зуба и т. д.
Таким образом, при зубофрезеровании многозаходными фрезами заготовка вращается быстрее по отношению к фрезе в прямой зависимости от числа заходов. Это является главным преимуществом многозаходного зубофрезерования. Время фрезерования двухзаходной фрезой вдвое меньше, чем однозаходной. Однако при работе двухзаходной фрезой сечение срезаемой стружки больше, чем однозаходной. Например, 12-зубая однозаходная фреза при работе по методу обката формирует профиль зуба колеса 12 резами, двухзаходная - 6, а трехзаходная - только 4 резами. Следовательно, сечение стружки у многозаходных фрез увеличивается, профиль зубьев колеса становится менее точным. Вот почему приходится несколько уменьшать величину подачи при работе многозаходными фрезами. При переходе с однозаходных фрез на двухзаходные производительность увеличивается на 40-50 %, а трехзаходных - на 60-70 %. Кроме того, при применении многозаходных фрез число зубьев колеса не должно быть кратным числу заходов фрезы. Ошибки в заходности фрезы вызывают погрешность в шаге определенных зубьев колеса во время зубофрезерования, устранить которые на последующих операциях затруднительно. У однозаходной фрезы все зубья колеса образуются одним заходом, следовательно, ошибки фрезы влияют на все зубья одинаково.