СБОРНАЯ ЧЕРВЯЧНАЯ ФРЕЗА Российский патент 1997 года по МПК B23F21/16 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к металлорежущим инструментам, и предназначено для нарезания зубчатых изделий.

Известны сборные червячные фрезы, содержащие корпус с продольными пазами для крепления хвостовиков зубчатых реек, которые основанием хвостовика устанавливаются на дно, а боковыми сторонами опираются на стенки пазов корпуса, обеспечивая этим необходимую жесткость крепления. Для фиксации реек в осевом направлении предусмотрены торцовые крышки или стопорные гайки [1]
Массивный корпус таких фрез является наиболее трудоемкой и сложной в технологическом отношении деталью, так как требуется весьма точное исполнение размеров паза под прессовую посадку, либо посадку с клином. В обоих случаях затруднена радиальная и особенно осевая регулировка рейки, в результате чего режущий профиль зубьев "уходит" с теоретически правильного положения, определяемого параметрами основного червяка, и фреза теряет свою точность. Кроме того, все корпусные фрезы устанавливаются на оправку станка с зазором, величина которого определяет радиальное биение, а следовательно и точностные возможности фрезы.

Известна сборная червячная фреза, содержащая корпус с продольными пазами, зубчатые рейки и торцовые крышки с элементами крепления, в которой рейки выполнены в форме смещенного относительно диаметральной плоскости усеченного сектора, а пазы корпуса выполнены упрощенными в виде конфигурации зубьев дисковой пилы, т.к. имеют дно и невысокую заднюю стенку паза [2]
Корпус этой фрезы имеет меньшую трудоемкость, так как отпадает необходимость точного шлифования пазов по ширине. Вместе с тем, из-за отсутствия опоры на стенки пазов рейки должны плотно прилегать боковыми сторонами друг к другу, а основанием к установочным поверхностям корпуса, иначе, в силу недостаточной точности и жесткости, фреза становится не работоспособной. Кроме того, фреза устанавливается на станочную оправку с зазором, который усиливает радиальное биение фрезы.

Известна также сборная червячная фреза с установленными в корпусе зубчатыми рейками, хвостовики которых выполнены в виде усеченных дугообразным основанием секторов, находящихся в контакте между собой боковыми сторонами, а основанием с цилиндрической поверхностью корпуса, при этом торцевые крышки с элементами крепления установлены на заплечиках реек [3]
Выполнение корпуса в виде массивной втулки резко упрощает и удешевляет изготовление инструмента, кроме того отсутствие межпазовых перемычек позволяет увеличить количество режущих элементов, что благоприятно воздействует на качество нарезания зубчатых изделий и стойкость фрезы. Вместе с тем, фреза сохраняет недостатки, свойственные фрезе [2] Даже при тщательной обработке реек по боковым сторонам выдержать толщину реек точнее ±0,005 мм сложно. Это значит, что суммарное отклонение от номинала по расчетному диаметру сегментообразных реек составит 0,005 XZ реек, практически до ±0,1 мм, что не исключает возможности нарушения контакта реек друг с другом или установочной поверхностью корпуса, уменьшения жесткости и увеличения радиального биения зубьев фрезы. Не надежна в этой конструкции и взаимная осевая выверка реек при переносе их из технологического в рабочий корпус, которая не обеспечена конструктивным решением по сохранению режущих кромок зубьев на боковых поверхностях витка основного червяка. Наконец фреза, как и предыдущие с массивным корпусом фрезы, также устанавливается на станочную оправку с зазором, который переносится на величину радиального биения фрезы.

Задача изобретения состоит в разработке конструкции сборной червячной фрезы, корпус которой при сборке с рейками обеспечил бы надежную осевую фиксацию последних и плотное прилегание боковых сторон соседних реек друг к другу, а также беззазорную посадку фрезы на станочную оправку при закреплении ее в станке.

Для решения этой задачи в сборной червячной фрезе с установленными в корпусе зубчатыми рейками, хвостовики которых выполнены в виде усеченных дугообразным основанием секторов, находящихся в контакте между собой боковыми сторонами, а основанием с цилиндрической поверхностью корпуса, при этом торцовые крышки с элементами крепления установлены на заплечиках реек, согласно изобретению корпус фрезы выполнен в виде упруго деформируемой в радиальном направлении втулки, высота которой менее длины рейки, а внутренний диаметр корпуса-втулки превышает диаметр посадочного отверстия фрезы, которое образовано дугообразными основаниями реек, при этом торцовые крышки и заплечики реек выполнены с посадочным конусом и установлены с возможностью перемещения относительно друг друга по заплечикам.

При этом хвостовик каждой рейки содержит упругий элемент, выполненный посредством продольного паза с прорезями.

Такое конструктивное выполнение сборной червячной фрезы позволяет:
точно расположить рейки в осевом направлении за счет беззазорной в осевом направлении посадки реек заглубленным установочным местом на корпус-втулку фрезы;
обеспечить точную беззазорную посадку фрезы на станочную оправку при закреплении ее на станке посредством осевого нажима на торцовые крышки гайкой оправки или гидрогайкой станка, за счет радиальной деформации корпуса под воздействием реек;
получить плотное прилегание хвостовиков реек как к установочной поверхности корпуса фрезы, так и друг к другу при смещении реек к продольной оси оправки под воздействием торцовых крышек;
увеличить жесткость системы фреза станочная оправка, так как появляется возможность использовать оправку увеличенного диаметра по сравнению с известными рекомендациями, например 40 мм вместо 32-х мм;
получить при увеличенном количестве реек сборную червячную фрезу уменьшенного по сравнению с существующими диаметра, что при сохранении рекомендуемой скорости резания позволяет увеличить число оборотов фрезы, а следовательно, увеличить и кинематически связанное с ней число оборотов заготовки, что при соответственном уменьшении величин врезания и выхода позволяет существенно снизить машинное время зубонарезания;
обеспечить хорошую ремонтопригодность, поскольку фреза при замене рейки не требует распрессовки крышек и выпрессовки рейки с последующей их запрессовкой, тем более, что известные корпуса с пазами выдерживают две, максимум три запрессовки, после чего эксплуатации не подлежат из-за потери натяга в пазах.

На фиг. 1 изображено сечение А А фиг. 2. На фиг. 2 вид фрезы с торца при частично оборванной торцовой крышке и наполовину демонтированными рейками. На фиг. 3 рейки с упругими элементами. На фиг. 4 фреза, закрепленная в оправке станка.

Фреза содержит корпус 1, на наружной установочной поверхности которого, плотно соприкасаясь друг с другом плоскими боковыми сторонами, размещены зубчатые рейки 2 с заплечиками 3, на которых установлены торцовые крышки 4, закрепленные винтами 5 с резьбовой частью, размещенной в торцах реек. Корпус представляет собой цилиндрическую тонкостенную, упруго деформируемую в радиальном направлении втулку, высота h которой меньше длины l реек, а внутренний диаметр d₁ превышает диаметр d₂ посадочного отверстия фрезы. Каждая зубчатая рейка состоит из головки 6 и хвостовика 7, выполненного в виде сектора с плоскими боковыми сторонами, усеченного дугообразным основанием 8, снабженным выемкой 9. Торцовые поверхности и дно этих выемок совокупно образуют установочное место корпуса втулки фрезы, обеспечивая жесткую фиксацию реек в осевом направлении. Выступающие от торцов корпуса концы реек свисают ниже внутреннего отверстия d₁ фрезы и своими дугообразными основаниями 8 совокупно образуют посадочное отверстие фрезы, которая может быть снабжена также дополнительными элементами углового регулирования, размещенными на хвостовике 7 и представляющими собой образованные посредством продольного паза 10 с прорезями 11 упругие элементы 12 и 13. Заплечики 3 выполнены конической формы (r₄, r₅) и в торцах снабжены резьбовыми отверстиями 14. Торцовые крышки также выполнены с посадочной внутренней поверхностью 15, взаимодействующей с ответным конусом заплечиков реек, установлены с зазором K₁ относительно торцов последних и возможностью одновременного перемещения друг к другу по заплечикам для образования беззазорного соединения фрезы со станочной оправкой 16 при закреплении, а также последующего возврата в исходное положение под воздействием упругости корпуса-втулки при раскреплении фрезы. Оправка 16 имеет посадочный диаметр d₃ и при установке фрезы на оправку имеется зазор K₂=d₂-d₃ (для информации по ГОСТ 9324-80 у фрез класса АА посадочное отверстие выполняется по Н5, т.е. зазор для диаметра посадки 32-40 мм составляет 0,011-0,016 мм).

Фрезу изготовляют и собирают следующим образом. Перед прорезкой зубьев закаленные и шлифованные по сторонам и основанию полуфабрикаты реек укладывают на технологическом корпусе (не показано), закрепляют по наружному цилиндру, шлифуют технологические заплечики (не показано), шлифуют технологический червяк наружным радиусом и внутренним , разбирают, затем почти готовые рейки монтируют в радиальном направлении на готовый рабочий корпус 1, закрепляют по наружному цилиндру, шлифуют рабочие заплечики 3(r₄, r₅) на месте технологических, разбирают, промывают, собирают вновь, надевают на рабочие заплечики торцовые крышки 4 и фиксируют их винтами 5. При этом боковые режущие кромки зубьев реек располагаются по винтовым поверхностям, а вершинные по наружному цилиндру R_e основного червяка фрезы, т.е. собранная фреза готова к работе.

Для закрепления на станке фреза свободно устанавливается на станочную оправку 16 до упора левой (по чертежу фиг. 4) торцовой крышкой 4 в бурт 17 оправки. При этом образуется зазор K₂=d₂-d₃. При вращении гайки 18 (или включении гидрогайки, не показано) торцовые крышки 4 смещаются навстречу друг другу, частично выбирая зазор K₁ до величины , воздействуя посадочной поверхностью 15 на заплечики 3 реек 2. Здесь K₁≥0,5K₂•ctgβ, где β угол конуса крышки 4. Рейки в силу большей жесткости сжимают упруго податливый корпус 1 в радиальном направлении и своими свисающими от торцов концами хвостовиков плотно охватывают оправку 16, полностью выбирая зазор K₂ до нуля раньше, чем корпус 1 войдет в контакт с оправкой 16. Одновременно между дном гнезда и головкой винтов 5 появляется зазор . При наличии у реек 2 упругих элементов 12 и 13 в момент закрепления фрезы происходит компенсация отклонения размеров реек по толщине и углу, что создает условия для гарантированного плотного прилегания боковых поверхностей хвостовиков друг к другу и надежного обжатия основаниями 8 станочной оправки 16. При этом становится возможным отказаться от шпоночного соединения 19, передавая крутящий момент на фрезу силами трения.

При раскреплении фрезы, т.е. при снятии осевой нагрузки от гайки 18, упругие силы корпуса-втулки 1 возвращают рейки 2 в радиальном направлении, крышки 4 расходятся до упора в головки винтов 5, выбирая зазор . Зазоры K₂ и K₁ восстанавливаются, фреза приходит в исходное (по фиг. 1) положение.

Конструкция фрезы позволяет резко упростить корпус, ликвидировать погрешность установки на станочной оправке, уменьшить влияние погрешности изготовления на точность фрезы в сборе, гарантировать точность осевого взаимного расположения реек и получить сборную червячную фрезу уменьшенного по сравнению с известными диаметрами при одинаковом количестве реек, что способствует увеличению производительности зубофрезерования.

Источники информации
1. Цвисс Ю.В. Моцигин С.В. Сборные червячные фрезы. Обзор С-2, НИИМаш, М: 1976, с.25, рис.26.

2. То же, с.32, рис.35.

3. То же, с.37, рис.40 ближайший аналог.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к металлорежущим инструментам, и предназначено для нарезания цилиндрических зубчатых колес. На наружной цилиндрической поверхности корпуса 1 фрезы, соприкасаясь боковыми сторонами друг с другом, установлены зубчатые рейки 2 с коническими заплечиками 3, на которых размещены торцовые крышки 4 с винтами 5, закрепленными своей резьбовой частью в торцах реек. Надежная осевая фиксация реек, плотное прилегание их боковыми сторонами друг к другу, а также беззазорная посадка фрезы на станочную оправку при ее закреплении, обеспечены выполнением корпуса 1 в виде упруго деформируемой в радиальном направлении тонкостенной втулки высотой, меньшей длины реек, каждая из которых снабжена выемкой 9, совокупность которых образует заглубленное установочное место корпуса, при этом внутренний диаметр корпуса-втулки выполнен превышающим диаметр посадочного отверстия фрезы, которое образовано дугообразными основаниями 8 реек 2, а также выполнением заплечиков реек и торцовых крышек с посадочным конусом и установкой последних с возможностью перемещения относительно друг друга по заплечикам. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Сборная червячная фреза с установленными в корпусе зубчатыми рейками, хвостовики которых выполнены в виде усеченных дугообразным основанием секторов, находящихся в контакте между собой боковыми сторонами, а основание - с цилиндрической поверхностью корпуса, при этом торцевые крышки с элементами крепления установлены на заплечиках корпуса, отличающаяся тем, что корпус фрезы выполнен в виде упруго деформируемой в радиальном направлении втулки, высота которой менее длины зубчатой рейки, а внутренний диаметр корпуса втулки превышает диаметр посадочного отверстия червячной фрезы, которое образовано дугообразными основаниями реек, при этом торцевые крышки и заплечики реек выполнены с посадочным конусом и установлены с возможностью перемещения относительно друг друга. 2. Фреза по п.1, отличающаяся тем, что хвостовик каждой зубчатой рейки содержит упругий элемент, выполненный посредством продольного паза с прорезями.