Особенности формообразования поверхностей эвольвентных червячных фрез с твердосплавными СМП

УДК 621.914.5.002.54

ОСОБЕННОСТИ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЭВОЛЬВЕНТНЫХ ЧЕРВЯЧНЫХ ФРЕЗ С ТВЕРДОСПЛАВНЫМИ СМП

О.И. Борискин, Н.Г. Стаханов, С.Я. Хлудов, А.В. Якушенков,

И.В. Горынина

Приведены результаты теоретического анализа свойств сопряжения эволь-вентных червячных фрез применительно к использованию СМП: изменение межосевого расстояния, смещение линий зацепления, влияние на правильность зацепления.

Ключевые слова: червячные фрезы, твердосплавные СМП, контактная линия, сопряженные поверхности, огранка.

Зубофрезерование червячными фрезами в настоящее время является одним из самых распространенных способов обработки эвольвентных зубчатых колес благодаря высокой точности и производительности. В общем объеме трудоемкости изготовления эвольвентных зубчатых колес на зубофрезерование приходится примерно 50...60%. Поэтому совершенствование этого процесса является актуальным. В частности, одним из направлений повышения эффективности этого процесса является использование сменных многогранных пластин твердого сплава (СМП). Однако их эффективное использование зависит от решения теоретических вопросов формирования поверхностей червячных фрез и обрабатываемых зубчатых колес.

Основной червяк червячной фрезы, на поверхности которого расположены режущие кромки и обрабатываемое эвольвентное зубчатое колесо образуют сопряженную винтовую эвольвентную пару со скрещивающимися осями, параметры которых связаны зависимостями:

радиус начального цилиндра колеса

r _ Р • sin Sw0

+ cos S w0

Р0 •z

радиус начального цилиндра червячной фрезы

_ Р0 • sin Sw0

+ cos S w0

z0 • p

где Sw0 - угол скрещивания осей фрезы и обрабатываемой детали; p0 - винтовой параметр производящего червяка фрезы; Р - винтовой параметр обрабатываемого зуба; z - число зубьев нарезаемого колеса; z0 - число заходов основного червяка фрезы.

Сопряженные поверхности зубьев такой пары в каждый момент времени имеют точечный контакт.

В процессе согласованного вращения червячной фрезы и нарезаемого колеса в системе координат жестко связанной с межосевым перпендикуляром точка контакта опишет линию зацепления. Эта линия является прямой, которая будет касательной, как к основному цилиндру нарезаемого колеса, так и к основному цилиндру основного червяка фрезы. Эта линия также как и межосевой перпендикуляр осуществляет движение подачи вдоль оси нарезаемого колеса. Одновременно эта точка контакта при вращении фрезы и колеса опишет контактные линии на производящей поверхности фрезы и обрабатываемых зубьях колеса.

В результате движения подачи формируется боковая поверхность нарезаемого зуба. Таким образом, поверхность зуба будет являться геометрическим местом всех линий контакта. При этом контактная линия на боковой поверхности зуба производящей фрезы будет оставаться неизменной.

Если применять диагональную подачу под некоторым углом к оси детали, то контактная линия на производящей поверхности также будет перемещаться и образует эвольвентную винтовую поверхность. Применение такой подачи позволяет в определенной степени выравнивать нагрузку вдоль производящей поверхности фрезы. В данном случае фреза будет более равномерно изнашиваться и, следовательно, иметь большую стойкость.

На производящей поверхности червячной фрезы контактные линии не являются материально существующими. Материальными будут только отдельные точки линии контакта, которые принадлежат режущим кромкам. Соответственно и на нарезаемом колесе контактная линия будет состоять из точек, соответствующим точкам контакта с режущей кромкой. В результате профиль детали будет представлен этими точками, между которыми будут следы поверхностей резания. Иными словами, будет иметь место огранка, которая отрицательно сказывается на точности профиля нарезаемого колеса.

Для уменьшения высоты гребешков огранки червячной фрезе следует сообщать диагональную подачу за счет «ввинчивания» фрезы, т.е. согласованного движения вращения и осевого перемещения вдоль оси фрезы.

Осуществить такой прием возможно за счет соответствующей настройки зубофрезерного станка. Критерием такой настройки будет являться условие, что через 1 оборот детали точка контакта поверхностей располагалась на месте верхушки гребешка. При этом фреза должна иметь большую длину. Высота гребешков зависит от числа резов (кромок), участвующих в формировании эвольвентного профиля зуба колеса. Однако увеличение длины фрезы при применении СМП является нежелательным явлением, так как при этом возрастает накопленная погрешность осевого

шага режущих кромок. С увеличением диаметра фрезы и соответственно числа ее зубьев высота гребешков будет уменьшаться, так как поверхность зуба колеса будет формироваться большим числом режущих кромок.

Увеличение числа резов, формирующих боковую сторону, возможно также за счет уменьшения угла профиля зубьев фрезы. Однако этот способ имеет целый ряд недостатков. В первую очередь, среди которых является универсальность фрезы, т. е. фреза будет пригодна только для одного колеса, для которого она будет рассчитана. Второй недостаток такой фрезы - уменьшение боковых углов на ее зубьях, что отрицательно скажется на стойкости инструмента. Уменьшение угла профиля требует большей длины фрезы, необходимой для обработки заданного колеса, что при использовании СМП увеличивает накопленную погрешность шага, что негативно сказывается на точности фрезы.

Среди свойств эвольвентного зацепления червячной фрезы и обрабатываемой детали следует отметить, что изменение межосевого расстояния не ведет к нарушению правильности зацепления, но контактные линии точек сопряжения эвольвентных поверхностей производящего червяка и деталей будут смещаться на левой и правой сторонах зуба в разных направлениях. Эти параметры связаны формулой:

д = Аам?0 • сое ьц

tgaцог • ^п ^ц0 ,

где q - смещение линии зацепления относительно межосевого перпендикуляра; Аац0 - изменение межосевого расстояния; - угол наклона зуба на начальном цилиндре колеса; ац0 - торцовый угол профиля инструмента на начальном цилиндре; Иц0 - угол скрещивания осей фрезы и обрабатываемой детали.

Это обстоятельство говорит о необходимости некоторого удлинения рабочего хода фрезы. При этом нарезаемый зуб будет изменяться по толщине при тех же радиусах основного цилиндра. Радиус впадины колеса будет соответственно увеличен. Этим свойством пользуются операторы зубофрезерного станка при установке межосевого расстояния и получении заданной толщины зуба на делительной окружности.

Список литературы

1. Методология проектирования червячных фрез. Инновационный подход: монография / Г.А. Нуждин [и др.]. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. 170 с.

2. Борискин О.И. Формирование поверхностей червячных фрез с твердосплавными зубьями / О.И. Борискин, Н.Г.Стаханов, А.В. Якушенков А. В. [и др.] // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 8. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. С. 174-179.

3. Борискин О.И. Методология оптимизации обкаточного инструмента: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2001. 190 с.

Борискин Олег Игоревич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, директор Политехнического института, imstulgu@pochta.ni, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Стаханов Николай Георгиевич, канд. техн. наук, проф., imstulgu@pochta.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Якушенков Александр Владимирович, канд. техн. наук, доц., imstulgu@pochta.ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Хлудов Сергей Яковлевич, д-р техн. наук, проф., imstulgu@pochta.rii, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Горынина Ирина Вадимовна, студент, imstulgu@pochta.rii, Россия, Тула, Тульский государственный университет

FEA TURES OF SHAPING SURFACES INVOL UTE HOBS WITH HARD-ALLOY SMP

O.I. Boriskin, N.G. Stakhanov, S.I. Hludov, A.V. Yakushenkov, I.V. Gorynina

The results of the theoretical analysis of the properties of the evolvent screw cutters coupling as applied to the usage of EMP (exchangeable multifarious plates) are the change of the interaxial distance, the displacement of the catching line and the influence of the catching accuracy.

Key words: worm mills, hard-allow SMP, contact line, mating surfaces, cut.

Boriskin Oleg Igorevich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, director of Polytechnical institute, imstulgu@pochta. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Stakhanov Nikolay Georgiyevich, candidate of technical sciences, professor, imstulgu@pochta. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Yakushenkov Alexander Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, im-stulgu@pochta. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Hludov Sergey Yakovlevich, doctor of technical sciences, professor, imstul-gu@pochta.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Gorynina Irina Vadimovna, student, imstulgu@pochta. ru, Russia, Tula, Tula State University