ЗУБОРЕЗНАЯ ФРЕЗА И СПОСОБ ФРЕЗЕРОВАНИЯ ЗУБЬЕВ ЭЛЕМЕНТОВ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ
GEAR-MILLING CUTTER AND METHOD OF GEARING TEETH MILLING

Данное изобретение относится к способу фрезерования ряда зубьев элемента зубчатой передачи с прямолинейным контуром зуба по длине с помощью фрезы, которая установлена с возможностью вращения вокруг оси фрезы и которая имеет на своей периферии сменные режущие вставки, которые расположены так, что они при подводе фрезы к элементу зубчатой передачи входят во впадины между соседними зубьями, соответственно, создают эти впадины между зубьями.
Такая фреза известна, например, из DE 10 2008 063 858. Эта известная фреза предусмотрена для движения построчно после или при вхождении в соответствующую впадину между зубьями вдоль зуба, т.е. параллельно впадинам между зубьями, при этом после такого прохождения строчки ось фрезы опрокидывается с целью параллельного прохождения новой строчки. Таким образом, возникают проходящие параллельно спинкам зубьев полосы зубного профиля. В зависимости от количества и плотности проходимых при этом строчек, которые образуются за счет более или менее сильно выраженного опрокидывания оси фрезы относительно подлежащего фрезерованию зуба, возникает за счет этого контур зуба, который слегка фацетирован. Однако преимущество этой известной фрезы состоит в том, что в отличие от других обычных способов фрезерования, с помощью такого способа в принципе возможно изготавливать с помощью одной и той же фрезы различные профили зуба, которые могут изменяться в очень широком диапазоне, так что нет необходимости заменять фрезу, когда необходимо изготавливать зуб другой формы. В частности, с помощью такой фрезы и указанного способа можно также изготавливать дуговые зубья.
Для этого режущие кромки применяемой при этом фрезы проходят под явно отклоняющимся от 90° углом относительно оси фрезы, т.е. эти режущие кромки не лежат в ориентированной перпендикулярно оси фрезы плоскости.
На практике зубчатые передачи имеют очень часто также зубья с прямым контуром зуба по длине, при котором также спинка зуба проходит по прямой. Это включает в определенной степени также так называемые косозубые зацепления, в которых спинка зуба на виде сверху проходит по прямой, при этом она на виде сбоку не имеет или имеет лишь небольшую кривизну, например, в больших зубчатых колесах с большим диаметром и/или небольшой шириной и большим количество зубьев. При этом ширина зубьев, соответственно, ширина зубчатого колеса соответствует длине спинки зуба (при косозубых зацеплениях еще с умножением на косинус угла между спинкой зуба и осью зубчатого колеса). Данное изобретение направлено, прежде всего, на рациональное изготовление таких прямых контуров зуба по длине при одновременном высоком качестве прохождения профиля и поверхности профиля.
Кроме того, известны также другие способы фрезерования зубьев элементов зубчатой передачи, в которых применяются так называемые резцовые головки, которые обычно имеют расположенные на дуге окружности и проходящие по существу параллельно оси режущие ножи, которые входят в соответствующие впадины между зубьями, при этом прохождение режущих кромок либо отдельных режущих ножей, либо контур нескольких расположенных друг за другом ножей соответствует желаемому профилю зуба, соответственно, профилю впадины между зубьями.
Известен также другой способ изготовления зубчатых колес, называемый способом обката или фрезерованием методом обката.
Однако такие способы относительно не продуктивны, когда необходимо изготавливать различные профили зуба, поскольку в случае резцовых головок режущие ножи необходимо создавать или ориентировать специально для определенного профиля зуба, а для изготовления нового профиля заменять, соответственно, снова юстировать. Червячные фрезы также всегда выполняются для определенного профиля зуба.
Хотя с помощью названных первыми способов фрезерования можно изготавливать большое количество различных профилей зуба с использованием одной и той же фрезы, однако при этом всегда сохраняется указанный недостаток более или менее сильного фацетирования профиля зуба.
В отличие от этого уровня техники, в основу данного изобретения положена задача создания способа фрезерования зубьев элемента зубчатой передачи с указанными в начале признаками, который наряду с высокой производительностью обеспечивает также очень точную форму профиля зуба без фацетирования, и с помощью которого можно создавать также относительно сложные профили зубьев без смены или новой юстировки смонтированных на фрезе режущих вставок.
Эта задача решена тем, что применяется фреза, в которой режущие вставки имеют в своем смонтированном на фрезе состоянии по меньшей мере одну проходящую радиально и перпендикулярно оси фрезы режущую кромку, и что при фрезеровании профиля зуба ось фрезы ориентирована в плоскости, перпендикулярной продольной протяженности спинки зуба, и во время вхождения вращающихся вокруг оси фрезы режущих вставок в поверхность, соответственно, впадины между зубьями элемента зубчатой передачи, поворачивается (отклоняется) в этой плоскости на угол, который перекрывает зону всех нормалей к желаемой поверхности профиля.
Как указывалось выше, способ согласно изобретению предусмотрен и является предпочтительным при зубьях с прямолинейным контуром зуба по длине, т.е. при зубьях, спинка зуба которых проходит по прямой линии.
Такие зубья имеются часто на прямозубых зубчатых колесах, зубчатых рейках и других элементах зубчатой передачи. Также некоторые косозубые элементы зубчатой передачи, в частности, на зубчатых рейках или зубчатых колесах с большим радиусом и большим количеством зубьев можно изготавливать с помощью способа согласно изобретению.
Прямые зубья имеются также на так называемых конических зубчатых колесах, огибающая поверхность которых является конической поверхностью, а именно, до крайней точки конусного угла 90° относительно оси конуса. В названном последнем случае коническое зубчатое колесо является плоским ровным зубчатым колесом, зубья которого могут проходить радиально или под углом к радиальному направлению. Также при небольшом конусном угле прямые зубья могут проходить либо в содержащей ось конуса плоскости, либо наклонно к такой плоскости, однако при этом спинки зубьев лежат на одной и той же конической поверхности, и при этом также все поверхности дна впадин между зубьями лежат на общей конической поверхности, которая, однако, обычно имеет несколько меньший конусный угол, так что вершина воображаемой конической поверхности спинок зубьев совпадает с вершиной воображаемой конической поверхности дна впадин между зубьями. При этом отдельные зубья имеют также изменяющуюся высоту зубьев, которая непрерывно уменьшается от лежащего радиально дальше наружу участка к радиально внутренним участкам, в соответствии с уменьшающейся шириной зазора между двумя коническими поверхностями, вершины которых совпадают, но которые имеют различный конусный угол. Однако в принципе возможны конические зубчатые колеса, в которых поверхности дна впадин между зубьями задают тот же конусный угол, что и спинки зубьев. В этом случае зубья имеют постоянную, одинаковую для всех высоту. Поскольку количество зубьев заданного зубчатого колеса является постоянным, то профиль зуба сужается от лежащей радиально снаружи зоны к лежащей внутри зоне.
В зависимости от диаметра фрезы и в зависимости от длины соответствующих зубьев (измеренной параллельно впадинам между зубьями) профиль зуба можно изготавливать за один проход, при необходимости также в два или больше проходов, соответственно, процессов фрезерования.
При этом поворот (отклонение) оси фрезы относительно элемента зубчатой передачи необязательно означает действительный поворот оси фрезы в пространстве, вместо этого можно также, соответственно, поворачивать элемент зубчатой передачи, в то время как ось фрезы сохраняет свою ориентацию в пространстве, чтобы в результате получить относительный поворот оси фрезы относительно элемента зубчатой передачи, соответственно, профиля его зуба. Это относится, в частности, к изготовлению зубчатых колес, которые во время изготовления зубьев можно, например, просто вращать вокруг оси колеса, в то время как фреза перемещается поступательно, и ось фрезы сохраняет свою ориентацию.
Поэтому понятие «поворот оси фрезы» охватывает в смысле данного изобретения все относительные движения поворота между элементом зубчатой передачи и фрезой, независимо от того, какой из участвующих элементов действительно поворачивается в пространстве, соответственно, в соответствующем станке.
При этом поступательное движение фрезы имеет обычно независимо управляемую осевую и радиальную составляющую в плоскости, перпендикулярной спинке зуба, и относительно оси фрезы.
Другие предпочтительные варианты выполнения способа согласно изобретению соответствующей фрезы и соответствующей режущей вставки следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.
Так, согласно одному варианту выполнения предусмотрено, что во время вхождения и поворота вращающейся фрезы и режущих вставок элемент зубчатой передачи поступательно сдвигается в направлении ряда зубьев или вращается вокруг оси элемента зубчатой передачи, если элемент зубчатой передачи является зубчатым колесом, как уже указывалось выше.
Согласно другому варианту выполнения предусмотрено, что режущие вставки выступают радиально за наружную окружность основного тела фрезы и на противоположно лежащих сторонах имеют параллельные, перпендикулярные оси фрезы режущие кромки, при этом противоположные режущие кромки применяются друг за другом для создания лежащих противоположно во впадине между зубьями боковых поверхностей соседних зубьев.
Кроме того, в одном варианте выполнения предусмотрено, что режущие вставки дополнительно имеют режущую кромку (9), которая лежит в цилиндрической поверхности вокруг оси фрезы и имеет параллельные оси (21) фрезы компоненты, при этом эта дополнительная режущая кромка применяется для создания дна впадины между зубьями за счет того, что фреза подводится радиально и перпендикулярно проходящей по двум соседним спинкам зубьев плоскости к элементу зубчатой передачи, при этом ось фрезы расположена перпендикулярно к фактически создаваемому сегменту поверхности профиля зуба.
Конкретно, способ согласно изобретению изготовления ограничивающего впадину между зубьями профиля зуба может иметь следующие стадии:
а) изготовления канавки в цилиндрической поверхности заготовки (20) зубчатого колеса за счет того, что фреза в соответствии с окружностью движения (т.е. окружность резания, описываемая вершиной резца) режущих вставок вспарывает с соответствующей высоте зуба глубиной поверхность параллельно оси (15) зубчатого колеса (20),
b) вывода фрезы из канавки и подачи фрезы в осевом положении спинки зуба, вдоль которого подлежит созданию профиль, к вершине ограничивающего канавку, соответственно, соответствующую впадину между зубьями зуба, при этом зубчатое колесо поворачивают в положение и перемещают соответствующим образом фрезу, так что режущие кромки (8) фрезы расположены перпендикулярно нормали к радиально наружному концевому участку профиля,
с) поворота зубчатого колеса и одновременного подвода фрезы посредством осевого и радиального поступательного движения, при этом ось фрезы сохраняет свою ориентацию в пространстве и непрерывно образует профиль зуба.
При соответствующей ширине зуба, соответственно, при небольшом отношении диаметра фрезы к ширине зуба, процесс ввода и поворота можно повторять по меньшей мере в одной другой плоскости, параллельной первой плоскости.
В одном варианте выполнения для изготовления конических зубчатых колес предусмотрено, что впадины между зубьями проходят по конической поверхности, которая наклонена относительно оси конической поверхности.
При этом измеренный относительно оси конуса угол конической поверхности может составлять между 0° и 90°, предпочтительно между 10° и 80°.
Конкретно, способ изготовления конических зубчатых колес может иметь следующие стадии:
а) изготовления канавки в конической поверхности заготовки (20) зубчатого колеса за счет того, что фреза в соответствии с окружностью режущих вставок вспарывает поверхность с соответствующей высоте зуба глубиной под углом наклона к оси конуса, который соответствует углу конуса дна впадины между зубьями подлежащего изготовлению конического зубчатого колеса,
b) вывода фрезы из канавки и подачи окружности движения фрезы в осевом положении спинки зуба, в котором подлежит созданию профиль, к вершине ограничивающего канавку, соответственно, соответствующую впадину между зубьями зуба, при этом зубчатое колесо поворачивают вокруг оси конуса и перемещают соответствующим образом фрезу, так что режущие кромки (8) фрезы расположены перпендикулярно нормали к радиально наружному концевому участку профиля,
с) вращения зубчатого колеса и одновременного подвода фрезы посредством осевого и радиального поступательного движения относительно оси фрезы, при этом ось фрезы сохраняет свою ориентацию в пространстве и непрерывно образует профиль зуба.
При этом относительное оси фрезы осевое и радиальное поступательное движение фрезы соответствует движению на примерно постоянном расстоянии до лежащей на оси конуса вершины конуса конической поверхности подлежащего изготовлению конического зубчатого колеса, при этом ось фрезы проходит параллельно касательной к конической поверхности.
Следует также в этом случае отметить, что фреза может совершать в пространстве лишь поступательное, осевое и радиальное движение, при этом одновременно поворачивается также коническое зубчатое колесо, соответственно, заготовка конического зубчатого колеса.
Соответствующая фреза для изготовления профилей зуба имеет вращаемое, ротационно-симметричное основное тело и выемки на периферии основного тела, в которых размещены режущие вставки, и при этом режущие вставки имеют лежащие в радиальной плоскости и проходящие радиально режущие кромки, которые выступают в радиальном направлении по меньшей мере на 6 мм за окружную поверхность имеющего выемки участка основного тела.
В соответствии с этим, профиль зуба создается с помощью режущих кромок, которые лежат в плоскости, перпендикулярной оси фрезы.
Соответствующая режущая вставка для фрезы для применения в способе, поясненном выше, выполнена в виде тангенциальной поворотной режущей вставки, которая на виде сверху на заднюю поверхность имеет форму удлиненного параллелограмма с длиной, превышающей ширину по меньшей мере в два раза, и с центральным крепежным отверстием, при этом край крепежного отверстия имеет расстояние от концов в продольном направлении параллелограмма по меньшей мере 12 мм.
При этом режущая вставка может иметь, например, по меньшей мере на 8 мм своих предусмотренных на продольных концах параллелограмма режущих участках тангенциальную переднюю грань с двумя параллельными режущими кромками и прилегающими к ним задними поверхностями, которые образуют с передней гранью угол меньше 90°.
Таким образом, способ фрезерования ряда зубьев элемента зубчатой передачи с прямолинейным контуром зуба по длине, при этом элемент зубчатой передачи является коническим зубчатым колесом, с помощью фрезы, которая установлена с возможностью вращения вокруг оси фрезы и имеет на своей периферии сменные режущие вставки, которые расположены так, что они при подводе фрезы к элементу зубчатой передачи входят во впадины между соседними зубьями, соответственно, создают эти впадины между зубьями, характеризуется тем, что применяют фрезу, в которой режущие вставки в своем смонтированном на фрезе состоянии имеют по меньшей мере одну проходящую радиально и перпендикулярно оси фрезы режущую кромку, при этом при фрезеровании профиля зуба ось фрезы ориентирована в плоскости, перпендикулярной ограничивающему желаемую поверхность профиля краю спинки зуба, и во время ввода вращающихся вокруг оси фрезы режущих вставок в поверхность, соответственно, впадины между зубьями элемента зубчатой передачи, поворачивается (отклоняется) в этой плоскости в угловом диапазоне, который перекрывает зону всех нормалей к поверхности профиля подлежащего изготовлению зуба.
Поскольку режущие вставки на фрезе движутся по окружности, диаметр которой зависит от конкретно применяемой фрезы, и поскольку в способе согласно изобретению во время поворота оси фрезы достигается наиболее глубокая точка впадины между зубьями с помощью соответствующих радиально наружных участков режущих кромок режущих вставок лишь в одной точке впадины между зубьями, то в зависимости от диаметра фрезы и от длины соответствующих зубьев дуга окружности, вдоль которой проходят свободные концы режущих вставок фрезы, приближается достаточно близко к дну впадины между зубьями, с целью образования всего профиля зуба на обоих концах зуба, т.е. по всей ширине зуба. При необходимости ось фрезы, когда режущие вставки имеют положение наиболее глубокого ввода во впадину между зубьями, можно также сдвигать параллельно продольной длины спинки зуба с целью создания дна впадины между зубьями и возможных выступов на дне впадины между зубьями, при этом как раз для создания затылованных выступов также между этими двумя или больше процессами фрезерования (параллельно спинке зуба) ось фрезы можно более или менее опрокидывать. В частности, с помощью такого процесса фрезерования можно создавать первый зазор, соответственно, первый разрыв в (сначала еще гладкой, соответственно, не структурированной) поверхности элемента зубчатой передачи, исходя из которого затем создается с помощью способа согласно изобретению профиль примыкающих зубьев.
Однако собственно профиль создается при неподвижном положении оси фрезы относительно продольной протяженности спинки зуба, но при этом этот процесс фрезерования можно также повторять в двух или больше сдвинутых вдоль спинки зуба положениях оси фрезы при повороте оси фрезы и создании впадины между зубьями, соответственно, вводе во впадину между зубьями, когда это требуется при соответствующей большой ширине зуба относительно окружности движения режущих вставок фрезы.
При этом поворот оси фрезы осуществляется, например, вокруг точки снаружи фрезы в продолжение оси фрезы, при этом на это поворотное движение может одновременно накладываться также поступательное движение соответствующего зуба относительно фрезы.
Однако в предпочтительном варианте выполнения способа поворачивается элемент зубчатой передачи вокруг оси, которая проходит параллельно спинке зуба, в то время как фреза сохраняет ориентацию своей оси в пространстве, однако одновременно поступательно сдвигается параллельно и перпендикулярно своей оси (а также перпендикулярно продольной протяженности спинки зуба), с целью следования за движением элемента зубчатой передачи и фрезерования при этом профиля зуба. В частности, при зубчатых колесах с прямыми зубьями ось поворота является осью зубчатого колеса. Однако при косозубых зубчатых колесах ось вращения зубчатого колеса отклоняется от направления спинки зуба, при этом поворот зубчатого колеса осуществляется, тем не менее, вокруг его оси вращения, однако ось фрезы поступательно перемещается в перпендикулярной спинке зуба плоскости.
Как указывалось выше, этот процесс фрезерования на профиле зуба можно повторять в различных положениях по ширине зуба, в частности, когда зубья являются относительно широкими, при этом необходимо обеспечивать соотношение с радиусом, соответственно, диаметром фрезы. Например, можно фрезеровать зубья с шириной, которая составляет максимально 30% радиуса фрезы, во многих практических случаях за один единственный проход с помощью способа согласно изобретению, когда в этом случае больше не захватываемая фрезой на концевых участках соответствующего зуба зона лежит достаточно близко к дну впадины между зубьями, и эта зона при качении зубьев по противоположному элементу зубчатой передачи не приходит в соприкосновение.
Если ширина зуба явно больше 30% радиуса фрезы, то соответствующие процессы фрезерования необходимо повторять через расстояние, например, 30% или меньше радиуса фрезы вдоль ширины зуба (ширина зуба измеряется параллельно спинке зуба).
Целесообразно, соответствующая фреза выполнена так, что режущие вставки выступают достаточно далеко в радиальном направлении за наружную окружность тела фрезы, например, по меньшей мере на высоту ножки зуба, и имеют на своих обеих противоположных сторонах параллельные, перпендикулярные оси фрезы режущие кромки, так что противоположные режущие кромки могут применяться друг за другом для создания соседних с противоположными боковым поверхностям впадины между зубьями зубьев. В соответствии с этим ось фрезы при применении режущих кромок, которые обращены от передней торцевой стороны фрезы, поворачивается еще дальше, чем при изготовлении профиля зуба с помощью противоположных режущих кромок, поскольку также задние (обращенные от торцевой стороны) режущие кромки режущих вставок должны быть ориентированы перпендикулярно нормали к непосредственно изготавливаемой зоне поверхности профиля. Понятно, что высота ножек зубьев может колебаться в широких переделах, при этом практически значимый диапазон лежит между 1 мм и 150 мм высоты ножки зубьев. В качестве альтернативного решения можно радиальное выступание режущих кромок за наружную окружность фрезы также соотносить с радиусом фрезы, поскольку величина, соответственно, радиус или диаметр применяемой фрезы обычно согласован с определенным диапазоном величины зубчатых колес и соответствующих высот ножек зубьев. В этом случае указанное радиальное выступание режущих кромок должно лежать между 2% и 20% радиуса фрезы, предпочтительно между 5% и 16% и обычно составлять больше 8%.
Целесообразно, режущие вставки имеют на своих свободных концах также концевую режущую кромку, которая лежит в цилиндрической поверхности вокруг оси фрезы и в соответствии с этим имеет параллельные оси фрезы компоненты, при этом эта дополнительная концевая режущая кромка применяется для создания дна впадины между зубьями тем, что фреза подводится радиально и перпендикулярно заданной двум соседним спинкам зубьев плоскости к элементу передачи и при необходимости перемещается также параллельно направлению спинок зубьев через впадину между зубьями.
Соответствующая фреза для изготовления зубчатых профилей, которая имеет вращаемое, ротационно-симметричное основное тело и выемки в периферии основного тела, в которых размещены режущие вставки, решает положенную в основу изобретения задачу тем, что режущие вставки лежат в радиальной плоскости и имеют радиально проходящие режущие кромки, которые, кроме того, выступают в радиальном направлении по меньшей мере на высоту ножки зуба за окружную поверхность имеющего выемки участка основного тела.
Возможная высота ножки зуба и отнесенное к радиусу фрезы выступание уже точно определены выше.
Такой размер выступания необходим, поскольку выступающие в радиальном направлении концы режущих вставок должны входить (врезаться) во впадины между зубьями, и дополнительно ось фрезы необходимо опрокидывать на стороне основного тела фрезы к элементу зубчатой передачи, без соприкосновения основного тела фрезы с одним из соседних зубьев, что препятствовало бы дальнейшему вхождению во впадину между зубьями или необходимому опрокидыванию оси фрезы.
Соответствующие режущие вставки в предпочтительном варианте выполнения имеют на виде сверху на передние грани, узкую прямоугольную форму, при этом узкая сторона максимально соответствует ширине впадины между зубьями у основания элемента зубчатой передачи, и при этом продольные стороны прямоугольной передней грани имеют две параллельные режущие кромки, при этом режущие вставки являются достаточно длинными, так что они в своем смонтированном на основном теле фрезы состоянии выступают каждая по меньшей мере на высоту ножки зуба за периферию фрезы.
Предпочтительно, выступание составляет 1,1 высоты ножки зуба и тем самым согласовано с высотой подлежащих изготовлению зубьев. В случае большей высоты ножки зуба выступание за основное тело фрезы составляет по меньшей мере на 10%, предпочтительно по меньшей мере на 15% больше высоты ножки зуба.
Другие преимущества, признаки и возможности применения данного изобретения следуют из приведенного ниже описания предпочтительного варианта выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг. 1А, В, С - фреза согласно изобретению в трех проекциях, при этом на фиг. 1В и С показаны также смонтированные режущие вставки;
фиг. 2А, В - режущая вставка согласно изобретению на виде сверху и на виде сбоку;
фиг. 3-5 - схема процесса изготовления профиля зуба за счет поворота оси фрезы и одновременного радиального движения относительно оси зубчатого колеса согласно первому способу;
фиг. 6 и 7 - предпочтительная схема процесса изготовления зубчатых колес за счет вращения зубчатого колеса вокруг его оси при одновременном поступательном движении фрезы в осевом направлении и в радиальном направлении без опрокидывания оси фрезы в станке согласно второму способу;
фиг. 8 и 9 - прямозубое коническое зубчатое колесо в изометрической проекции на фиг. 8 и на виде сбоку на фиг. 9; и
фиг. 10а-с - альтернативная фреза согласно изобретению в различных проекциях.
На фиг. 1А показано основное тело 10 фрезы на виде сверху на торцевую сторону, а на фиг. 1В и С в двух повернутых на 90° относительно друг друга видах сбоку. Обозначенное в целом позицией 10 основное тело фрезы состоит из имеющей форму усеченного конуса основной части 1, заднего цилиндрического крепежного выступа 2 и переднего цилиндрического расширения 3, на торцевой стороне которого по периферии образованы приемные карманы 4 для, в данном случае, в целом двенадцати режущих вставок 5. Количество режущих вставок может изменяться в широких пределах, например, между 4 и 40.
На фиг. 1А на виде сверху показаны две вставленные в приемные карманы 4, имеющие на виде сбоку на задние поверхности (грани) форму параллелограмма режущие вставки 5, которые имеют каждая по меньшей мере одно, в данном случае центральное, крепежное отверстие 22, и закреплены с помощью винтов 6, которые входят в соответствующие предусмотренные в посадочных поверхностях отверстия 7. Стрелка Р показывает предусмотренное направление вращения фрезы во время работы. Режущие вставки выполнены в виде поворотных (т.е неперетачиваемых) режущих вставок с двумя парами параллельных кромок 8 для резания профиля и одной концевой врезной кромкой 9.
Хотя на фиг. 1 это показано заметно лишь для специалистов в данной области техники, но во всяком случае радиально внутренний конец приемного гнезда имеет выточку, внутри которой свободно лежат неактивные, лежащие внутри режущие кромки 8, 9 режущей вставки 5 и тем самым защищены от износа, в то время как активные концы режущих вставок выступают, по меньшей мере, на высоту ножки зуба, например, на 6 мм при высоте ножки зуба 5 мм, за периферию цилиндрического расширения 3.
Как показано также на фиг. 2, каждая режущая вставка 5 имеет параллельные, лежащие противоположно друг другу вдоль передней грани 11 режущие кромки 8 для изготовления поверхностей 12а, b; 13a, b профиля зуба, а также концевую режущую кромку 9, которая проходит параллельно оси 20 фрезы, с помощью которой фрезеруется дно 16 впадины между зубьями, при этом на диаметрально противоположных концах имеющей форму параллелограмма режущей вставки 5 предусмотрены идентичные режущие кромки 8, 9 и передняя грань 11. На виде сверху на переднюю грань 11, режущие вставки имеют узкий, прямоугольный профиль режущих кромок.
На фиг. 1А и С показано, как режущие вставки 5 выступают своими свободными концами за край цилиндрического расширения 3 основного тела 10 фрезы. При этом режущие кромки 8, 9 проходят каждая в плоскости, перпендикулярной оси фрезы, и их воображаемые продолжения проходят приблизительно через ось фрезы, в то время как вспомогательные режущие кромки, соответственно, концевые режущие кромки 9 проходят параллельно оси фрезы. Эти вспомогательные режущие кромки 9 предусмотрены для изготовления дна впадины между зубьями.
На фиг. 4-7 проиллюстрированы два альтернативных варианта изготовления профилей зубьев, соответственно, впадин между соседними зубьями, например, зубчатого колеса, при этом они аналогичным образом применимы для зубчатых реек и сегментов зубчатых колес. При этом на фиг. 4 показано радиальное врезание в окружной участок массивного колеса с образованием впадины 16 между зубьями и дна 16а впадины между зубьями.
Профиль зуба изготавливается за счет опрокидывания оси фрезы при одновременной радиальной подаче, как будет пояснено ниже. На фиг. 3-7 показана всегда по существу одна и та же часть подлежащего изготовлению участка зубчатого колеса, а также всегда одна и та же фреза 10, при этом везде применяются одинаковые позиции для обозначения одинаковых частей, однако, с другой стороны, для лучшей наглядности не на всех фигурах показаны все позиции, а лишь с распределением по отдельным фигурам.
На первом этапе способа, который показан на фиг. 3, фрезу 10 согласно фиг. 3(а) подводят к поверхности первоначально цилиндрической заготовки зубчатого колеса в зоне впадины 16 между зубьями, при этом режущие кромки 8 ориентированы параллельно радиальному относительно зубчатого колеса направлению. На этапе 3(b) вращающаяся фреза 10 входит своими режущими вставками 5 в радиальном направлении на глубину, которая соответствует так называемой высоте ножки зуба, и создает тем самым часть впадины 16 между зубьями и дна 16а впадины между зубьями. Этот процесс повторяют на этапе 3(с) и (d) на определенном расстоянии, которое меньше ширины передней грани (соответственно, длины вспомогательной режущей кромки 9). При этом возникает канавка с по существу параллельными боковыми поверхностями и глубиной, которая соответствует примерно высоте зуба, и которая имеет ширину, которая составляет 1-2 толщины режущей вставки, соответственно, передней грани. Из-за необходимого заднего угла, ширина передней грани задает также максимальную толщину режущей вставки позади режущих кромок 8а, b. Затем фрезу отводят радиально от зубчатого колеса и переводят в положение вдоль спинки зуба, откуда начинается процесс профилирования.
На фиг. 4 показано на шести отдельных этапах 4(а) 4(b) изготовление нижнего профиля 12b соседнего с зубом 13 зуба 12. Во время опрокидывания оси 20 фрезы, фреза одновременно вращается вокруг оси 20 и одновременно входит от наружной окружности зубчатого колеса в частично изготовленную согласно фиг. 3 впадину 16 между зубьями, так что тем самым изготавливается нижний профиль 12b зуба 12. Одновременно завершается создание также верхней части впадины 16 между зубьями.
После изготовления профиля 12b зуба 12, фрезу 10 выводят из впадины 16 между зубьями и поворачивают фрезу 10 обратно в исходное положение, в котором ось фрезы относительно нейтрального положения во время изготовления дна впадины между зубьями повернута примерно на тот же угол вправо (см. фиг. 5а), как и при повороте влево в исходном положении 4(а) при изготовлении профиля 12b. За счет поворота оси 20 фрезы обратно в вертикальную ориентацию при одновременном вхождении (и завершении образования) впадины 16 между зубьями изготавливается в соответствии с этапами 5(а)-5(b) вместе с впадиной 16 между зубьями также профиль 13а.
При этом режущие кромки 8 расположены перпендикулярно нормали к непосредственно изготовленному участку профиля зуба, как это показано с помощью линии в точке контакта между профилем зуба и режущей кромкой 8 (см. также фиг. 4d и 5с). За счет непрерывного поворотного движения оси фрезы при одновременном вхождении во впадину 16 между зубьями изготавливается полностью свободный от фацетирования и симметричный профиль 12b/13а зуба.
Для обеспечения возможности применения обеих параллельных режущих кромок 8 указанным выше образом для изготовления профилей 12b, 13а, режущие вставки должны достаточно далеко выступать за периферию основного тела фрезы, так чтобы основное тело фрезы при изготовлении профилей 12b, соответственно, 13а не ударялось в лежащие на фиг. 3-5 выше зубья зубчатого колеса. При изготовлении зубьев на зубчатых рейках возможность применения таким образом способа для всех зубьев зависит от длины зубчатой рейки, возможно, что для лежащих в центре зубьев можно применять лишь лежащую на торцевой стороне режущую кромку 8.
Предпочтительная схема изготовления профилей зубьев элементов зубчатой передачи показана на фиг. 6 и 7 на примере зубчатого колеса 20, при этом эта схема применима аналогичным образом также для участков зубчатых реек посредством поворота соответствующего участка зубчатой рейки вокруг воображаемой оси на задней стороне профиля зуба, которая соответствует воображаемой оси зубчатого колеса, при этом воображаемая ось при изготовлении зубьев перемещается вместе с ними вдоль зубчатой рейки.
От зубчатого колеса 18 показаны в качестве примера два соседних зуба 12, 13 с лежащей между ними впадиной 16, верхний профиль которых обозначен (на фиг. 6 и 7) позициями 12а, соответственно, 13а, в то время как соответствующий нижний профиль зубьев 12, 13 обозначен позициями 12b, соответственно, 13b. В этом способе также сначала изготавливается одна первая часть впадины 16 между зубьями в соответствии с этапами 3(а)-3(d).
На этапе 6(а) зубчатое колесо слегка повернуто вокруг своей оси вверх, и фреза подается окружностью прохождения режущих вставок радиально в наружную зону зуба 13 с целью фрезерования сначала радиально наружной части профиля 13а, при этом зубчатое колесо снова поворачивают вниз, в то время как фреза перемещается вниз и одновременно горизонтально вправо (однако в результате с составляющей радиально внутрь в направлении оси 15 зубчатого колеса), с целью фрезерования в непрерывно переходящих друг в друга этапам 6(b)-6(f) радиально внутренних участков профиля 13а, в то время как ось фрезы сохраняет свою ориентацию (вертикальную ориентацию) в пространстве. За счет непрерывного поворота и одновременного непрерывного перемещения вниз и внутрь фрезы относительно вращающегося зубчатого колеса, возникает гладкий профиль без фацетирования. Поворот зубчатого колеса и соответствующая подача фрезы осуществляется до фрезерования профиля на этапе 6(f) до желаемой глубины впадины 16 между зубьями, возможно с изготовлением выступов, которые возможно могут иметь форму с легким поднутрением за счет поворота за показанное на фиг. 6(f) положение, в то время как радиально наружные участки режущих вставок 5 остаются в соприкосновении с зубом 13.
Затем после вывода фрезы из впадины между зубьями выполняют поворот вниз зубчатого колеса вокруг его оси 15 при подаче фрезы, теперь верхними, обращенными от торцевой стороны фрезы режущими кромками 8 к радиально наружной части зуба 12 для изготовления профиля 12b, который затем изготавливается при повороте вниз и соответствующей осевой и радиальной подаче фрезы на непрерывно переходящих друг в друга этапах 7(а)-7(f) аналогично профилю 13а.
Затем способ продолжается посредством изготовления следующей канавки в соответствии с этапами 3(а)-3(d) между зубом 13 и следующим зубом 14, где идентичным образом изготавливают профили 14а и 13b, и так далее, пока в конце не должен быть изготовлен еще лишь профиль 12а, чтобы завершить изготовление зубчатого колеса.
Когда зуб имеет слишком большую ширину (длину спинки зуба) относительно диаметра окружности движения фрезы, для того чтобы быть изготовленным в одном процессе фрезерования, указанный выше процесс повторяют в одном или нескольких положениях относительно продольной длины спинки зуба.
Способ согласно изобретению обеспечивает возможность изготовления очень различных профилей зуба, при этом для создания желаемого профиля необходимо лишь согласовывать друг с другом поворотное движение или поступательное движение оси фрезы и одновременный поворот и/или поступательное движение зубчатого колеса и/или основного тела фрезы, что вполне выполнимо с помощью современных многоосных станков и соответствующего программирования, как известно для специалистов в данной области техники.
Тем самым отпадает необходимость применения для различных профилей зубьев различных фрез и/или режущих вставок, что значительно рационализирует и упрощает изготовление элементов зубчатой передачи.
1
2
1
2
На фиг. 8 и 9 схематично показано прямозубое коническое зубчатое колесо в изометрической проекции на фиг. 8 и на виде сбоку на фиг. 9. Как показано, в частности, на фиг. 8, коническое зубчатое колесо имеет коническую огибающую поверхность К, на которой лежат все впадины 23 между зубьями, а также все поверхности 24 основания зубьев лежат на общей конической поверхности К, которая имеет меньший конусный угол, так что воображаемые конические поверхности К и К имеют общую вершину S, которая лежит на оси 15 конического зубчатого колеса. Каждый из зубьев 25 имеет, как показано на фиг. 9, высоту зуба, которая уменьшается от более удаленной от радиально наружной зоны, соответственно, от конусной вершины S, зоны к радиально наружной, соответственно, лежащей ближе к конусной вершине S зоне. В целом, профиль 25 зубьев сужается от лежащей далеко от вершины S зоны к лежащей ближе к вершине S зоне в том же отношении, что и отношение поперечных сечений соответствующих конических поверхностей в тех же положениях.
1
2
1
2
Кроме того, на фиг. 9 еще схематично показана двумя штриховыми линиями F окружность движения режущих зубьев фрезы, которая фрезерует профиль зуба. Показана окружность движения в двух экстремальных точках зуба, а именно, на спинке 23 зуба, где наиболее глубоко лежащая точка окружности движения относительно профиля зуба обозначена позицией Р, и на основании зуба, где наиболее глубоко лежащая точка окружности движения относительно профиля зуба обозначена позицией Р. Эта лежащая наиболее глубоко точка окружности движения перемещается во время процесса фрезерования вдоль стрелки от Р к Р.
1
2
1
2
1
2
При этом одновременно поворачивается коническое зубчатое колесо вокруг своей оси 15, в то время как дополнительно сдвигается ось 21 фрезы, которая здесь проходит перпендикулярно плоскости чертежа, от точки А к точке А. Понятно, что этот сдвиг показан здесь лишь схематично, и точное положение точек А и А можно определять на основании радиуса фрезы и соответствующих наиболее глубоко лежащих точек Р, соответственно, Р окружности движения.
Понятно, что в остальном профиль зуба изготавливается точно так же, как уже пояснялось применительно к фиг. 6 и 7, при этом, в качестве альтернативного решения, можно осуществлять также поворот оси в пространстве, аналогично показанному на фиг. 3-5. Лишь позиционирование оси 21 относительно соответствующей заготовки зубчатого колеса отличается для конического зубчатого колеса от позиционирования для цилиндрического зубчатого колеса, в то время как собственно процессы фрезерования и движения зубчатого колеса и фрезы, соответственно, оси фрезы осуществляются по существу аналогичным образом.
На фиг. 10 показана в различных проекциях альтернативная фреза 100. Здесь фреза 100 также имеет основное тело 1', которое в данном случае выполнено цилиндрическим, при этом основное отличие от показанной на фиг. 1 фрезы заключается меньше в основном теле 1', а в том, что режущие вставки смонтированы не тангенциально, а радиально. Однако также в этом случае режущие вставки 5' имеют по меньшей мере одну режущую кромку 8', которая проходит перпендикулярно оси 35 фрезы. Здесь режущие вставки 5', соответственно, их режущие кромки 8' выступают за периферию основного тела 1' фрезы, а именно, на величину, которая соответствует высоте зубьев между основанием зуба и впадиной между зубьями. Однако на основании радиального монтажа режущих вставок в данном случае дополнительно предусмотрены опорные пальцы 30, которые также выступают в радиальном направлении за основное тело 1' фрезы и обеспечивают опору для задней стороны режущих вставок 5'. Отдельные опорные пальцы 30' отделены друг от друга пространствами 31 для стружки и имеют на своей передней стороне приемный карман для размещения режущей вставки 5'. Однако при этом профиль опорного пальца 30 уже профиля соответствующей режущей вставки 5', как это особенно отчетливо видно в нижней и верхней зоне на виде сбоку согласно фиг. 10b. Отдельные опорные пальцы 30, смонтированные на передней стороне опорных пальцев в соответствующих приемных карманах режущие вставки 5' и пространства для стружки между опорными пальцами и перед режущими вставками 5' лучше всего видны на виде с торца на фиг. 10а. На фиг. 10с фреза 100 показана в изометрической проекции.
В этой фрезе используется каждый раз лишь расположенная на стороне торца режущая кромка 8', которая проходит перпендикулярно оси 35. При необходимости, также вершина ромбовидных режущих вставок может иметь асимметричный, т.е. проходящий перпендикулярно рассматриваемой режущей кромке 8' скос или срез, с целью упрощения изготовления основания зуба между соседними зубьями. Понятно, что впадины между зубьями подлежащих изготовлению с помощью такой фрезы элементов зубчатой передачи должны быть достаточно широкими для размещения ромбовидных режущих вставок 5', включая опорные пальцы 30, когда одна сторона профиля зуба обрабатывается проходящими перпендикулярно оси 35 режущими кромками 8'.
Относительно первоначального раскрытия следует отметить, что все признаки, которые раскрываются для специалистов в данной области техники из данного описания, чертежей и зависимых пунктов формулы изобретения, даже когда их описание приведено в связи с определенными другими признаками, можно комбинировать как по отдельности, так и в любых сочетаниях с другими раскрытыми здесь признаками или группами признаков, если это определенно не исключено или не делает невозможным или бессмысленным технические данные таких комбинаций. Полное явное указание всех возможных комбинаций признаков и подчеркивание независимости отдельных признаков друг от друга не приведено здесь, с целью обеспечения краткости и читаемости описания.