Тула, Тульская область, Россия
Тула, Тульская область, Россия
Тула, Тульская область, Россия
ГРНТИ 55.01 Общие вопросы машиностроения
ГРНТИ 55.13 Технология машиностроения
ГРНТИ 55.35 Металлургическое машиностроение
Рассмотрена конструкция червячной фрезы для чистовой обработки цилиндрических зубчатых колес. Ввиду того, что величины геометрических параметров, заданные конструктором, не сохраняются в процессе зубофрезерования, был проведен кинематический анализ, который показал, что величины геометрических параметров в процессе движения изменяются, но они не выходят за пределы приемлемых. Представлен анализ влияния значений статического переднего угла на углы резания. Предложенное техническое решение позволяет повысить точность обработки зубчатых колес и сократить расход твердого сплава.
червячная фреза, твердосплавная рейка, кинематические параметры, передний рабочий угол, задний угол
На современном этапе развития машиностроения и приборостроения большое внимание уделяется точности зубчатых колес, являющихся ответственными деталями узлов и механизмов. На их качество влияет огромное число факторов, среди которых важную роль играет режущий инструмент.
Наиболее прогрессивными инструментами для обработки цилиндрических зубчатых колес в условиях массового и крупносерийного производства являются червячные фрезы. Значительную работу по их созданию и исследованию проводят отечественные и зарубежные ученые [1 ‒ 4].
Перспективным направлением для такого инструмента является использование твердого сплава. Однако вопросы, касающиеся повышения точности червячных фрез и уменьшения расхода твердого сплава, решены недостаточно. Поэтому дальнейшее совершенствование их конструктивных характеристик является актуальной задачей и имеет научное и практическое значение.
Авторами статьи предлагается конструкция фрезы для чистовой обработки зубчатых колес (рис. 1). Инструмент состоит из двух совершенно одинаковых рабочих корпусов, только один из них левозаходный, другой ‒ правозаходный; набора твердосплавных реек; опорных сухарей; опорных пластин и винтов. Стружечные канавки такой фрезы, исходя из их технологичности, были выбраны параллельными оси.
Для предложенной конструкции инструмента приняты плоские передние поверхности и задние поверхности, образующие которых перпендикулярны режущей кромке. Рейки рассчитаны по теоретически точным зависимостям и используются сначала в первом рабочем корпусе, а после затупления – во втором, за счет поворота на 180° вокруг продольной оси. Благодаря такому решению требуемый рассчитанный профиль зуба сохраняется.
Для оценки работоспособности фрезы предложенной конструкции был проведен кинематический анализ инструмента и определена область его оптимальных параметров. Расчет проводился для эвольвентной червяч-
ной фрезы с наружным диаметром 200 мм, модулем m = 4 мм и значением статического переднего угла γа0 = -10°.
Рис. 1. Эвольвентная червячная фреза с поворотными твердосплавными рейками
Исследования проводились на примере обработки косозубого колеса с модулем m = 4 мм, углом наклона зубьев на начальном диаметре β = 20°.
Результаты представлены на рис. 2 ‒ 4.
Рис. 2. Изменение переднего угла в процессе резания в каждой точке профиля
Рис. 3. Изменение передних углов в процессе резания на левой стороне профиля зуба в определенный момент времени
Рис. 4. Изменение передних углов в процессе резания на правой стороне профиля зуба в определенный момент времени
Как показал анализ, рабочие углы изменяются в процессе резания на промежутке от момента врезания до момента выхода инструмента из детали. Для рассматриваемого случая значения переднего рабочего угла γр0 изменялись в пределах:
‒ с левой стороны от -2,1 до -2,4° и достигали максимума в момент срезания наибольшей толщины припуска;
‒ с правой стороны от -4,5 до -5,3° и достигали максимума в момент срезания наименьшей толщины припуска.
Изменение заднего угла αрn изменялось противоположно:
‒ с левой стороны достигает максимума в момент срезания наименьшей толщины припуска;
‒ с правой стороны достигает максимума в момент срезания наибольшей толщины припуска.
На рис. 3 и 4 приведены результаты влияния назначаемого статического переднего угла γа0 на изменения величин рабочего переднего угла резания. При увеличении γа0:
‒ рабочий передний угол γрn уменьшается;
‒ рабочий задний угол αрn увеличивается.
Следует отметить, что для оптимальности процесса резания необходимо выполнение условий: значение переднего рабочего угла отрицательное, а задний рабочий угол αрn > 2°. Однако это выполняется не всегда. Так, при γа0 = 0° рабочий передний угол на левой стороне профиля зуба положительный, а задний ‒ отрицательный. При γа0 = -5° кинематический задний рабочий угол αрn < 2°, что также не удовлетворяет оптимальности процесса резания. При γа0= -10°, -15°, -20° углы резания не выходили за пределы приемлемых значений.
Таким образом, после проведенного кинематического анализа предложенной червячной фрезы с твердосплавными поворотными рейками рекомендуются следующие значения статического угла, для достижения оптимальных условий резания: γа0 = -10... -15°.
1. Гречишников, В.А., Домнин, П.В., Косарев, В.А. [и др.]. Современные методы решения задач формообразования сложного режущего инструмента // Станки инструмент. ‒ 2013. ‒ № 12. ‒ С. 6–11.
2. Fetvaci M.C. Determination of effective involute parameter limit in generation simulation of gears manufactured by racktype cutters. Mechanics & Industry. ‒ 2017. ‒ Vol.18. ‒ No. 4. ‒ 7 p.
3. Mate M., Hollanda D. About the profile accuracy of the involute gear hob. Electrical and Mechanical Engineering. ‒ 2017. ‒ Vol.9. ‒ pp. 5-18
4. Yong Hu, Mingjun Xiang , Xing Qiu, Pengfei Song, Jingan Song , Fuhua Peng An improved design of inserted tooth finishing hob for involute gears. Journal of Mechanical Science and Technology. ‒ 2014. ‒ Vol. 28. ‒ No. 8, ‒ pp. 3203–3208.
5. Борискин, О.И., Стаханов, Н. Г. Астапова, И.В. Анализ погрешностей эвольвентных червячных фрез с твердосплавными сменными многогранными пластинами // Черные металлы. ‒ 2019. ‒ № 1049. ‒ С. 22-27.
6. Борискин, О.И., Стаханов, Н.Г., Хлудов, С.Я., Якушенков, А.В., Горынина, И.В. Применение СМП для червячных зуборезных фрез // Известия ТулГУ. Технические науки. ‒ 2018. ‒ Вып. 2. ‒ С. 310-314.
