ИНСТРУМЕНТ ЧЕРВЯЧНОГО ТИПА ДЛЯ ЧИСТОВОЙ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Инструмент червячного типа для чистовой обработки зубчатых колес
Полезная модель относится к машиностроению, а именно к инструментальному производству, и может быть использована для чистовой обработки эвольвентных зубчатых колес.
7
Известен инструмент для чистовой обработки зубчатых колес с профилем, образованным тремя участками эвольвентных винтовых поверхностей и содержащим активный и неактивный участки, причем активный участок выполнен таким образом, что при контакте инструмента с поверхностью изделия точки соприкосновения всегда находятся в пределах этого участка, а два других участка выполнены в виде скосов (патент №20738, МПК B23F 5/06, B23F 19/00, опубл. 27.11.01).
7
Известна червячная фреза, используемая для осуществления чистовой обработки эвольвентных профилей зубьев зубчатых колес. Червячный инструмент выполнен со сплошной винтовой режущей кромкой, имеет одностороннее усиление боковой поверхности винтового профиля и конструктивно выполненные передний и задний углы (а.с. СССР №1378187, МПК B23F 19/00, опубл. 07.03.93).
7
Известен также выбранный в качестве ближайшего аналога инструмент червячного типа с непрерывными винтовыми режущими кромками, используемый для осуществления способа чистовой обработки зубьев эвольвентных зубчатых колес. Инструмент имеет две режущих кромки, усиленный с обеих сторон винтовой профиль и конструктивно выполненный задний угол (патент РФ №2005013, МПК B23F 19/00, B23F 5/22, опубл. 30.12.93).
Из-за сложного бокового профиля винтовой поверхности существующие конструкции сложны в изготовлении и имеют малое количество допустимых переточек.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является упрощение конструкции инструмента, а также продление его срока службы за счет увеличения количества допустимых переточек.
Указанная задача решается тем, что в инструменте червячного типа, выполненном с непрерывными винтовыми режущими кромками, его винтовая поверхность имеет прямоугольный профиль, при этом высота прямоугольного профиля винтовой поверхности больше высоты зуба обрабатываемого колеса и ограничивается только технологическими возможностями изготовления.
Выполнение винтовой поверхности с прямоугольным профилем без усиления существенно упрощает изготовление инструмента. Данное решение основано на анализе кинематики резания и анализе возникающих напряжений методом конечных элементов, который показал, что боковая составляющая силы резания пренебрежимо мала, поэтому усиление основания витка не требуется.
Выполнение винтовой поверхности прямоугольного профиля без конструктивного заднего угла существенно упрощает переточку инструмента, т.к. после переточки инструмента по наружному цилиндру, ключевые параметры инструмента - форма профиля и шаг винтовой поверхности не меняются.
Выполнение профиля винтовой поверхности высотой больше высоты зуба обрабатываемого колеса позволяет выполнить большее количество возможных переточек, поскольку их количество определяется только зазором между вершиной зуба и дном впадины.
Заявителю не известны инструменты червячного типа для чистовой обработки зубчатых колес с указанной совокупностью существенных признаков и заявленная совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники, что подтверждает соответствие заявляемого технического решения условию «новизна».
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где:
фиг.1 - инструмент червячного типа для чистовой обработки зубчатых колес, общий вид;
фиг.2 - кинематическая схема бреющего зуботочения;
фиг.3 - профиль винтовой поверхности в нормальном сечении.
Инструмент 1 червячного типа для чистовой обработки зубчатого колеса 2 выполнен с непрерывными винтовыми режущими кромками 3. Винтовая поверхность имеет в нормальном сечении прямоугольный профиль А высотой h без конструктивного заднего угла. Высота h прямоугольного профиля винтовой поверхности больше высоты зуба 2 обрабатываемого колеса и ограничивается только технологическими возможностями изготовления.
Решение выполнить винтовую поверхность прямоугольного профиля без конструктивного заднего угла было принято исходя из определения эвольвенты. Задний угол при обработке всегда будет равен inv a, т.е. при угле профиля 20° он составит 0°51', что вполне достаточно для резания.
Переточка инструмента будет производиться только по передней поверхности - наружному цилиндру, что существенно упрощает переточку инструмента. После каждой переточки нужно будет пересчитать угол наклона винтовой линии.
Количество допустимых переточек определяет высоту h прямоугольного профиля А винтовой поверхности. Минимальное значение h определяется минимальным зазором между вершиной зуба и впадиной профиля, максимальное - только технологическими возможностями изготовления.
Ниже приведен порядок расчета инструмента червячного типа:
1. Расчет начинают с определения исходных данных обрабатываемого зубчатого колеса (таблица 1)
Таблица 1.
Исходные данные зубчатого колеса
Параметр
Обозначение
модуль
m
число зубьев
z
угол профиля исходного контура зуба
α
Смещение исходного контура
x
2. Определяют дополнительные необходимые величины (таблица 2):
Таблица 2.
Расчетные параметры зубчатого колеса
Параметр
Обозначение
Формула
радиус окружности вершин зубьев
r<sub>a</sub>
m·(z+2+2·x)/2
радиус основной окружности
r<sub>b</sub>
m·z·cos(α)/2
окружной шаг зубьев на основной окружности
p<sub>n</sub>
π·m·cos(α)
3. Определяют остальные параметры инструмента, исходя из следующих условий:
- число зубьев обрабатываемого колеса предпочтительно не должно делиться нацело на число заходов (для компенсации погрешности деления при изготовлении многозаходного червяка);
- число заходов червячной нарезки - 1..11. Меньшее значение принимается для обеспечения высокой точности и простоты изготовления. Большие значения принимаются для обеспечения высокой производительности зубообработки;
- минимальный зазор между вершиной зуба и впадиной профиля служит для компенсации возможных биений заготовки и допустимой технологической риски на дне впадины, т.е. ≈2 мм;
- величина переточки должна быть чуть больше припуска под обработку, т.е. ≈0,5 мм.
- количество допустимых переточек принимают исходя из задач применения. Меньшие значения снижают материалоемкость инструмента и упрощают технологию его изготовления, большие - увеличивают эффективность использования. Оптимальное значение ≈10;
- рабочая длина червяка должна быть более чем в 2 раза больше расчетной. Меньшее значение принимается для обеспечения двусторонней обработки за один установ, большее - для обеспечения возможности применения инструмента для обработки колес с большим числом зубьев.
Рассчитывают необходимые значения (таблица 3).
Таблица 3.
Расчетные параметры бреющего червяка
Параметр
Обозначение
Формула
рабочая длина червяка*
C
<img file="00000002.tif" he="7" wi="58" img-content="undefined" img-format="tif" />
наружный диаметр
D<sub>a</sub>
≈20·m
число заходов винтовой нарезки
i
-
нормальный шаг режущей кромки
p<sub>n</sub>
p<sub>n</sub>
угол подъема винтовой линии
β
arcsin(p<sub>n</sub>·i/π/ d<sub>a</sub>)
осевой ход винтовой линии
P<sub>x</sub>
p<sub>n</sub>·i/cos(β)
ширина винтовой нарезки
S
p<sub>n</sub>/3
минимальный зазор между вершиной зуба и впадиной профиля
t<sub>min</sub>
≈2
минимальная глубина винтовой нарезки
h<sub>min</sub>
r<sub>a</sub>-r<sub>b</sub>+t<sub>min</sub>
количество переточек
n
≈10
глубина переточки
δ
≈0,5
глубина винтовой нарезки
h
h<sub>min</sub>+n·δ
*без учета угла взаимного расположения колеса и червяка.
Суть формообразования инструментом червячного типа (бреющим червяком) состоит в том, что если нормальный шаг нарезки червяка будет равен окружному шагу зубьев шестерни на ее основной окружности, то при их согласованном вращении винтовая кромка червяка вырежет на боковой поверхности зуба идеальную эвольвенту (в соответствии с ее определением).
Кинематическая схема процесса бреющего зуботочения похожа на классическое червячное зацепление. Однако, в отличие от червячной фрезы, формообразование производится не зубьями, а боковым ребром винтового профиля (фиг.2). Обработке данным инструментом могут подвергаться как сырые, так и закаленные цилиндрические зубчатые колеса.
Была решена задача при простом конструктивном исполнении инструмента добиться увеличения его срока службы.
Инструмент червячного типа для чистовой обработки зубчатых колес может быть изготовлен на существующем оборудовании с ЧПУ с применением известных материалов и инструментов, что соответствует критерию «промышленная применимость».