Концевая однозубая модульная фреза для финишной обработки зубчатых колес

УДК 621.9.06

КОНЦЕВАЯ ОДНОЗУБАЯ МОДУЛЬНАЯ ФРЕЗА

ДЛЯ ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

В.Б. Протасьев, В.В. Истоцкий, О.В. Козлова

Рассмотрена возможность использования для обработки крупномодульных зубчатых колес однозубых концевых фрез с винтовой режущей кромкой.

Ключевые слова: концевая модульная фреза, зубчатый венец, однозубая фреза, винтовая режущая кромка, эвольвента, винтовая канавка

Концевые модульные фрезы являются практически единственным инструментом для обработки зубчатых венцов с модулями порядка т = 30 мм. В тяжелом машиностроении такие фрезы широко используются при обработке прямозубых, косозубых и шевронных колес.

Крупномодульные зубчатые колеса обычно изготавливаются в индивидуальном порядке, поэтому вполне оправдано использование для финишной обработки специальных инструментов, повышающих точность и качественные характеристики выпускаемой продукции.

К таким инструментам при надлежащей доработке относятся однозубые фрезы, которые часто используются при выполнении финишных фрезерных операций.

В данном случае целесообразно рассмотреть такие инструменты с позиций их изготовления и использования.

Однозубые фрезы обладают преимуществами:

- у них отсутствует радиальное биение и, как следствие, связанные с ним погрешности, снижающие плавность работы зубчатых колес;

- усилия резания минимальны, и это снижает погрешности, связанные с деформацией технологической системы в процессе обработки.

К недостаткам таких инструментов следует отнести:

- неравномерность фрезерования, если не принять соответствующих

мер;

- неуравновешенность при вращении инструмента, которую можно также устранить за счет балансировки.

Отмеченные недостатки можно минимизировать при сохранении указанных преимуществ, к числу которых можно добавить так называемое косоугольное резание, если использовать инструменты с винтовой режущей кромкой.

На рис. 1, а показана однозубая концевая фреза с винтовой режущей кромкой, которая обозначена как криволинейная координата (К). В соответствии с работой [1] рабочий участок фрезы обозначен в виде зоны II (рис. 1), границы которого обозначены точками М\ и М2. Точка М\ соот-

ветствует с некоторым запасом нижней границе эвольвенты обрабатываемого зубчатого колеса, а точка М 2 с таким же запасом верхней границе.

N

а

Рис. 1. Конструктивные параметры однозубой концевой модульной фрезы

На участке ММ2 режущая кромка является винтовой линией, у которой точка М2 повернута относительно точки М\ на 360° или несколько больше.

Точки М\ и М2 расположены на дне стружечной канавки, которая, если ее свести к осевому сечению (см. рис. 1, г), представляет дугу окружности с радиусом R, центр которой координирован относительно осевого сечения а - а инструмента координатами /1 и /2.

Эта информация позволяет для произвольной точки М на участке ММ2 определить следующие параметры (рис. 2): г - радиус расположения точки; Q - угол касательной к этой точке в осевом сечении; а - до-

полнительная координата в торцовом сечении с точкой М, которая позволяет изменить [1] передний угол у.

Рис. 2. Взаимосвязь конструктивных параметров инструмента

В данной статье не ставится задача определения конкретных значений координаты a, но при конструировании инструмента следует учитывать, что при увеличении этой величины угол у увеличивается, а при уменьшении снижается и даже переходит в область отрицательных значений.

Варианты зубьев с положительными и отрицательными значениями передних углов показаны в сечении N - N на рис. 1, б.

На участке I (рис. 1, г) зуб фрезы выполнен косозубым с наклоном относительно оси 10...12°. Такое решение повышает технологичность фрезы, поскольку образование винтового зуба на этом участке связано с рядом трудностей. На этом же участке возможно использование двух зубьев, что повысит равномерность работы инструмента, зубья которого являются острозаточенными, т.е. перетачиваются по задней поверхности.

Задняя поверхность зубьев имеет ленточку 1, которая обеспечивает

в нормальной плоскости угол у N = 10...120, спинка зуба 2 обеспечивает необходимое обнижение, и ее образующая в осевой плоскости может вос-

полняться либо эквидистантой профилю производящей поверхностью, либо по кривым, обеспечивающим необходимое обнижение спинки.

В качестве дополнительной информации рассмотрим определение угла поворота ф между точками М\ и М2 в торцовом сечении (рис. 1, г). Ранее указывалось, что этот угол должен равняться 360° или несколько больше. В этом случае режущая кромка в течение поворота на 360° не потеряет натяг. Для расчета воспользуемся построениями рисунка 2, на котором показан фрагмент концевой фрезы с элементом А/, расположенным вдоль оси инструмента.

Элементы А/ являются исходной информацией при составлении управляющих программ для многокоординатных шлифовально-заточных станков с ЧПУ, на которых изготавливаются подобные инструменты.

Покажем порядок составления такой программы. Расчет выполняется в следующей последовательности.

1. Для каждой точки М на участке ММ2 по методике расчета модульных фрез [2] определяются параметры г и Q .

2. Для каждой из этих точек по рекомендациям работы [1] определяется дополнительная координата а, исходя из требуемого значения переднего угла у N:

а = атах 'г гтах

где атах - дополнительная координата в исходном сечении а - а (рис. 2, б); г, гтах - радиус точки М и радиус такой же точки в исходном сечении.

3. Для каждой точки М определяем значение угла подъема винтовой режущей кромки юи, который в рассматриваемом случае равен углу поворота шлифовального круга относительно оси Y,

юи = В =тах 'Г,

гтах

где ютах - угол подъема в исходном сечении а - а, который равен углу поворота стола станка В (рис. 3) относительно оси Y при изготовлении инструмента.

4. Для каждого элемента А/ определяем угол поворота Аф для каждой точки М . Согласно рис. 2 запишем

Аф =

А/  ^и

г

5. Суммируя значения углов Аф, получим угол ф, определяющий общий поворот точки М2 относительно точки М1,

п

ф = Еаф ,

1

где п - число точек М на участке М\М2, включая крайние точки.

Определение координат центра шлифовального круга производится по формулам раздела 2.6.2 работы [1], в этой же работе приведен пример разработки управляющей программы для шлифовально-заточных станков с ЧПУ, которые используются при изготовлении инструмента, например станок В3-495Ф5 производства республики Беларусь, имеющий пять управляемых координат: X; Y; 2 - поступательные перемещения вдоль координатных осей; А - вращение изготавливаемого инструмента вдоль его оси; В - вращение стола станка относительно оси Y.

Обработка винтовой канавки ленточки и спинки зубьев выполняется двухугловым шлифовальным кругом. Особенность обработки в том, что решается задача контакта точек М с окружностью наибольшего радиуса Rш на шлифовальном круге. Поверхность круга с углом ^ обрабатывает

переднюю поверхность зубьев фрезы, а с углом <52 - заднюю.

Быстрорежущие инструменты обрабатываются эльборовыми шлифовальными кругами, твердосплавные - с помощью алмазных шлифовальных кругов. Косоугольное резание, которое обеспечивается при

юитах = 45...50° обеспечивает плавную работу инструмента, шероховатость обработанной поверхности Ra « 0,32 мкм, однако необходимо про-

8

7

Рис. 3. Система координат станка ВЗ-492Ф5

ведение опытных работ, поскольку ранее испытания проводились при обработке фасонных пазов.

Рекомендуется состоятельность спроектированного инструмента оценивать с помощью 3D -моделей, полученных на виртуальных аналогах станков с ЧПУ, например, в соответствии с методикой работы [3].

Авторы на принципах договоренности готовы рассчитать и изготовить опытный образец модульной фрезы в соответствии с изложенной информацией.

Список литературы

1. Протасьев В.Б., Истоцкий В.В. Проектирование фасонных инструментов, изготавливаемых с использованием шлифовально-заточных станков с ЧПУ. М.: ИНФРА-М, 2011.128 с.

2. Иноземцев Г.Г. Проектирование металлорежущих инструментов: учебн. пособие. М.: Машиностроение, 1984. 272 с.

3. Протасьев В.Б., Истоцкий В.В., Мекеня О. Измерения с использованием 3D-моделей // Мир измерений. 2011. №5. С.15 - 19.

Протасьев Виктор Борисович, д-р техн. наук, проф., imstulgu@pochta.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Истоцкий Владислав Владимирович, канд. техн. наук, гл. конструктор, imstulgu@pochta.ru, Россия, Серпуховской инструментальный завод,

Козлова Ольга Владимировна, асп., imstulgu@pochta.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

TRAILER ODNOZUBYMODULAR MILL FOR THE FINISHING PROCESSINGS OF COGWHEELS

V.B. Protasyev, V. V. Istotsky, O. V. Kozlova

Possibility of use for processing of krupnomodulny cogwheels of odnozuby trailer mills with a screw cutting edge is considered.

Key words: trailer modular mill, gear wreath, odnozuby mill, screw cutting edge, evolvent, screw flute.

Protasyev Victor Borisovich, doctor of technical sciences, professor, imstulgu@pochta. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Istotsky Vladislav Vladimirovich, candidate of technical science, design manager, imstulgu@pochta. ru, Russia, Serpukhov Tool Plant,

Kozlova Olga Vladimirovna, postgraduate student, imstulgu@pochta. ru, Russia, Tula, Tula State University