СПОСОБ ЗУБОФРЕЗЕРОВАНИЯ
GEAR MILLING METHOD

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке зубофрезерованием зубьев колес дисковыми модульными фрезами методом копирования.
Известен способ зубофрезерования дисковыми модульными фрезами (ГОСТ 10996-64) зубчатых колес методом копирования.
Недостатком известного способа является низкая производительность и точность обработки, низкая шероховатость обработанной зубчатой поверхности, невысокая стойкость и виброустойчивость инструмента, ведущие к пониженной работоспособности.
Задачей изобретения является расширение технологических возможностей, повышение производительности обработки, периода стойкости, виброустойчивости инструмента и повышение работоспособности путем увеличения количества режущих профильных кромок и совмещения черновой и чистовой комбинированной обработки, снижение параметра шероховатости и возможности регулирования шероховатости поверхности, а также снижение себестоимости процесса зубофрезерования.
Поставленная задача решается предлагаемым способом зубофрезерования зубчатых колес дисковой модульной фрезой методом копирования, включающим образование впадины между зубьями колеса фрезой, профиль режущих кромок которой идентичен профилю впадины нарезаемого колеса, равномерное вращательное движение фрезы, ее продольное перемещение вдоль оси заготовки и периодический делительный поворот заготовки на один угловой шаг после прорезания впадины, при этом используют фрезу, содержащую корпус с комбинированными профильными зубьями, выполненными в виде двух попарно запрессованных в прямоугольные пазы корпуса с подогревом последнего одинакового профиля пластин, черновой и чистовой, режущие профильные кромки которых расположены на одних диаметрах, при этом режущая профильная кромка черновой пластины предназначена для съема основного припуска, а режущая профильная кромка чистовой пластины, установленной непосредственно за черновой, предназначена для зачистки обработанной поверхности после прохода черновой пластины, при этом пластины дополнительно удерживают крышками, закрепленными винтами с обоих торцов корпуса. Причем при нарезании прямых зубьев обрабатываемую заготовку удерживают неподвижно, а при нарезании косых зубьев обрабатываемой заготовке сообщают доворот в соответствии с углом наклона зубьев и разворачивают фрезу в соответствии с упомянутым углом наклона зубьев. Кроме того, пластины выполнены из твердого сплава или быстрорежущей стали.
Сущность предлагаемого способа, реализуемого комбинированной дисковой модульной фрезой, поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена конструкция комбинированной дисковой твердосплавной сборной модульной фрезы для нарезания зубьев колес зацепления Новикова методом копирования, общий вид спереди, частичный продольный разрез; на фиг.2 - комбинированная дисковая твердосплавная сборная модульная фреза для нарезания зубьев колес зацепления Новикова методом копирования, общий вид с торца по А на фиг.1, частичный поперечный разрез; на фиг.3 - элемент Б на фиг.1, продольный разрез; на фиг.4 - вид по В на фиг.3; на фиг.5 - вид по В на фиг.3, крышка с левого торца условно снята; на фиг.6 - схема расчетного микропрофиля обработанной поверхности зуба при зубофрезеровании традиционной стандартной модульной дисковой фрезой; на фиг.7 - схема расчетного микропрофиля обработанной поверхности зуба при зубофрезеровании предлагаемым способом с помощью комбинированной модульной дисковой твердосплавной сборной фрезы (припуск и подача на зуб при зубофрезеровании стандартной и комбинированной фрезами условно изображены равными).
Комбинированная дисковая твердосплавная сборная модульная фреза, с помощью которой реализуется предлагаемый способ, предназначена для комбинированного одновременного чернового и чистового нарезания рабочей поверхности прямозубых цилиндрических эвольвентных колес, зубьев косозубых колес, прямозубых конических колес, зубчатых реек, шлицевых валов, а также колес зацепления Новикова методом копирования.
Круговинтовые передачи Новикова применяют в тяжелых машинах, и профили зубьев колес очерчиваются дугами окружностей, см. ГОСТ 15023-76 [1]. Начальное касание (без нагрузки) происходит в точке, которая перемещается не по высоте зубьев, а только в осевом направлении, т.о. линия зацепления параллельна осям колес, при этом зубчатые колеса косозубые с углом наклона линии зуба β. К достоинствам таких зубчатых передач относятся: пониженные контактные напряжения, благоприятные условия для образования масляного клина, возможность применения колес с малым числом зубьев и, следовательно, большие передаточные числа. Несущая способность передач Новикова по критерию контактной прочности существенно выше, чем эвольвентных. Поэтому проблемы повышения производительности, качества, износостойкости зубчатых колес зацепления Новикова весьма актуальны.
Предлагаемый способ зубофрезерования зубчатых колес дисковой модульной фрезой основан на методе копирования, при котором впадина между зубьями колеса образуется фрезой, профиль режущих кромок которой идентичен профилю впадины нарезаемого колеса, включающий равномерное вращательное движение фрезы и ее продольное перемещение вдоль оси неподвижной заготовки при нарезании прямых зубьев, и сообщение доворота обрабатываемой заготовке в соответствии с углом Р наклона зубьев, и разворотом фрезы на угол Р наклона при нарезание косых зубьев, а также периодический делительный поворот заготовки на один угловой шаг после прорезания впадины.
Комбинированная дисковая фреза, реализующая предлагаемый способ, имеет корпус 1, выполненный в виде диска с центральным отверстием для установки фрезы на оправке шпинделя зубофрезерного станка (не показан). В прямоугольных пазах, расположенных на периферии корпуса, запрессованы черновые 2 и чистовые 3 профилированные пластины, изготовленные из режущих инструментальных материалов с режущими профильными кромками (РПК), образующие комбинированные зубья. Чистовая профильная пластина 3, РПК которой зачищает обработанную поверхность после прохода РПК черновой пластины, непосредственно установлена за черновой профильной пластиной 2.
Черновые 2 и чистовые 3 профильные пластины запрессованы попарно в прямоугольные пазы 4 корпуса 1 с подогревом последнего. Посадка с натягом пластин в прямоугольных пазах гарантирует высокую жесткость против осевого смещения. Дополнительно пластины удерживаются закрепленными с обоих торцов корпуса крышками 5 и 6. Крышки 5 и 6 на торцах имеют, соответственно, буртики 7 и 8 и крепятся к корпусу винтами 9. РПК чистовых пластин 3 расположены на одних диаметрах с РПК черновых пластин 2. Помимо крышек окончательное крепление зубчатых пластин в пазах корпуса производится с помощью клея, который соединяет воедино корпус и пластины, создавая необходимую монолитность конструкции, что особенно важно для крупномодульных конструкций.
Вставные пластины сборной фрезы обеспечивают экономию инструментального материала, более однородную структуру и твердость после термообработки, а также меньшие остаточные напряжения.
И
Шлифование профиля зубьев пластин осуществляют в технологическом корпусе на резьбошлифовальном станке без затылования аналогично шлифованию винта большим шлифовальным кругом с высокой производительностью и точностью. Задние углы режущих кромок образуются соответствующей установкой пластин в рабочем корпусе. Благодаря двойной режущей кромке одного комбинированного зуба, имеется ввиду черновая и чистовая режущие кромки, срок их службы в 3…5 раз выше, чем у стандартных фрез, и работают они на повышенных режимах резания (V=60…80 м/мин; S=3…6 мм/об; для фрез с зубьями из быстрорежущей стали по ГОСТ 19265-73, твердостью - HRC 62…65). У чистовых вставных пластин передний угол равен нулю [2].
После термической обработки всех деталей конструкции осуществляется их очистка и нанесения клея. Отверждение клеевого соединения производится в печах или на воздухе при заданной температуре.
Качество обработанной поверхности определяется шероховатостью поверхности и состоянием материала поверхностного слоя [3].
Z
При зубофрезеровании известными стандартными дисковыми модульными фрезами (см. фиг.6) высота расчетных неровностей определяется положением точки Р пересечения двух окружностей, отстоящих друг от друга на расстоянии, равном подаче S на зуб фрезы
ZP
Z
2
2
1/2
R=D/2-(D/4-S /4).
Выражение можно упростить. Так как
Z
ZP
ZP
ZP
ZP
2
2
1
S /4=RD-R  и R <<RD,
ZP
2
то, пренебрегая членом R , получим
ZP
Z
2
R≈S /4D.
ZK
ZK
ZK
Определим высоту расчетных неровностей R при зубофрезеровании предлагаемым способом с использованием комбинированной фрезы, имеющей комбинированные зубья с черновыми и чистовыми режущими пластинами (см. фиг.7). Высота расчетных неровностей R определяется положением точки K пересечения двух окружностей, из которых одна окружность чистовой режущей пластины первого зуба, а вторая окружность черновой режущей пластины второго зуба, отстоящих друг от друга на расстоянии, равном подаче S на зуб фрезы минус расстояние Х между чистовой и черновой режущими кромками, взятой по окружности вершин зубьев
2
2
2
ZK
ZK
D/4=(D/2-R)+[(S-Х)/2],
Упрощаем полученное выражение. Так как
2
2
2
2
ZK
ZK
ZK
D/4-2(D/2)(R)+(R)+(S-X)/4-D/4=0,
ZK
ZK
ZK
ZK
ZK
2
2
2
(S-X)/4=D R-(R) и (R)<<D R,
ZK
2
то, пренебрегая членом (R), получим
ZK
ZK
2
R≈(S-X)/4D.
При фрезеровании предлагаемым способом с использованием комбинированных дисковых модульных фрез, имеющих комбинированные зубья, состоящие из чистовых пластин, расположенных на расстоянии «X» мм от черновых, высота расчетных неровностей уменьшается при уменьшении подачи на зуб, при увеличении диаметра фрезы, а также при увеличении расстояния между РПК черновых и чистовых пластин зубьев фрезы.
Кроме того, высота расчетных неровностей при фрезеровании предлагаемым способом комбинированными дисковыми модульными фрезами меньше высоты расчетных неровностей, образованных стандартными фрезами в
Z
ZK
2
2
S /(S-X) раз.
Пример. Обрабатывали предлагаемым способом на станке мод. 5К328А зубчатые колеса зацепления Новикова (z=24: m=10 мм; исходный контур по ГОСТ 15023-76, радиус кривизны профиля головки, являющегося дугой окружности 11,5 мм, радиус кривизны профиля ножки, являющегося дугой окружности, 12,7 мм, высота головки 9,0 мм, высота ножки 10,5 мм, делительная толщина зуба 15,39 мм, делительная ширина 16,02 мм, высота зубчатого венца 70 мм) комбинированной сборной дисковой модульной фрезой (конструкцию см. выше). Зубья фрезы были изготовлены из пластин твердого сплава Т15К6. Модуль 10 мм, наружный диаметр 140 мм, диаметр отверстия под оправку 40 мм, число комбинированных зубьев 10, где комбинированный зуб состоит из одной черновой и одной чистовой пластины, ширина фрезы 45 мм, передний угол: черновых пластин 8…10°, чистовых 0°; задний угол черновых и чистовых пластин 10…15°. Минутная подача 90 мм/мин, скорость резания 60 м/мин, количество оборотов фрезы 136 об/мин, подача на оборот фрезы 0,66 мм/об, подача на один комбинированный зуб 0,066 мм/зуб.
По сравнению с зубофрезерованием стандартной дисковой модульной фрезой обработка предлагаемым способом комбинированной фрезой позволила увеличить производительность в 2,5…3,0 раза, уменьшить параметр шероховатости обработанной поверхности зубьев до Ra=2,5 мкм, снизить уровень звукового давления на 2-3 дБ, повысить стабильность размеров зубчатого зацепления и качество. Стойкость фрезы повысилась в 2,2 раза. Зубья колес, обработанные комбинированной фрезой, во время термической обработки вследствие более однородной структуры поверхностных слоев деформировались меньше, чем стандартной черновой фрезой.
Предлагаемый способ с использованием комбинированной дисковой модульной фрезы повышает производительность обработки за счет совмещения операций черновой и чистовой обработки, сокращает количество операций и число рабочих мест, улучшает качество и точность зубообработки введением укомплектованных черновой и чистовой профильными пластинами комбинированных зубьев дисковой фрезы, повышает период стойкости, виброустойчивость инструмента, его работоспособность, снижает параметры шероховатости и дает возможность регулирования шероховатости поверхности, а также снижает себестоимость процесса зубофрезерования.
Источники информации
1. Передачи Новикова цилиндрические с двумя линиями зацеплениями. Исходный контур. ГОСТ 15023-76. Издание официальное. ГК ССМ СССР. Москва. Издательство стандартов, 1976.
2. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985, с.190…191, табл.105.
3. Бобров В.Ф. Основы теории резания. М., Машиностроение, 1975, с.136…141.