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 пазами, зубчатые рейки с клиновидным сечением хвостовика, и клинья, посредством которых выбирается зазор, т.к. ширина основания хвостовика меньше ширины пазов корпуса. Надежно фиксируя рейки в радиальном и осевом направлениях, эти фрезы не обеспечивают высокой точности из-за трудности осевой выверки реек и деформации корпуса фрезы, возникающей при расклинивании. Это приводит к деформации посадочного отверстия фрезы, смешению режущих кромок зубьев реек с теоретической винтовой линии, искажению окружного шага стружечных канавок.

Для прорезки зубьев в сыром и шлифования в закаленном виде фреза требует установки реек в специальные первый и второй технологические корпуса со смещенными относительно рабочего положения пазами. Однако, перенос реек из одного корпуса в другой, третий, также связан с потерей точности.

Аналогичная деформация корпуса возникает и при прессовой насадке реек в пазы корпуса.

Известны сборные червячные фрезы, пазы которых выполнены в корпусе по скользящей посадке относительно размеров хвостовика зубчатых реек, а между ними размещен соединительный элемент, например, клей. При таком техническом решении отсутствует деформация элементов фрезы при монтаже реек и обеспечивается надежная фиксация их, как в осевом, так и в радиальном направлениях. Однако, практически такая фреза теряет точность из-за смещения реек при склеивании в пределах зазоров скользящей посадки. Кроме того, выточки в пазах и на хвостовиках реек увеличивают трудоемкость, а цельноклеевая конструкция фрезы не ремонтоспособна. При изготовлении фреза требует не менее одного технологического корпуса, помимо рабочего.

Известна также сборная червячная фреза фирмы "Зааке Церн" ФРГ, в которой рейки посажены по прессовой посадке.

В корпусе этой фрезы имеются продольные, размещенные на равном друг от друга расстоянии пазы со стенками, расположенными параллельно диаметральной плоскости, проходящей через середину паза. Хвостовики зубчатых реек выполнены с параллельными передней и задней опорными поверхностями, контактирующими со стенками пазов. Торцевые поверхности хвостовиков реек выполнены с конусностью 168^o и по ним с помощью торцевых крышек осуществлена фиксация реек в осевом направлении. Фреза отличается от аналогов сравнительно простой конструкцией без клиньев, сухарей, винтов, выточек, каналов для клея или пластмассы и надежной работой.

Однако, она имеет свои присущие ей недостатки. При минимальном натяге рейки оказываются надежно зафиксированными в радиальном направлении только по концам, т. е. у торцевых крышек. Под влиянием силы резания рейка постепенно расшатывается, вытягивается за время реза из паза, особенно при работе серединной фрезы. Жесткость и точность фрезы постепенно нарушаются. При максимальном натяге жесткость фрезы и надежность фиксации реек в радиальном направлении надежно обеспечена, но фреза теряет точность из-за деформации корпуса /см. стр. 1 описания/. Последняя происходит потому, что при прессовании первой рейки происходит заужение соседних с ней пазов. В результате прессование реек в эти зауженные пазы происходит при большем натяге, чем в первый раз. Далее картина усугубляется.

Задача изобретения состоит в разработке конструкции сборной червячной фрезы, корпус которой при сборке с рейками подвергался бы минимальной деформации, обеспечивал при этом надежную радиальную фиксацию реек по всей их длине, а также был бы приготовлен для использования в качестве технологического при обработке зубьев реек как в закаленном, так и в сыром виде.

Для этого в сборной червячной фрезе, содержащей корпус с продольными прямоугольной формы пазами на наружной поверхности, зубчатые рейки, каждая из которых состоит из головки и хвостовика с передней и задней опорными поверхностями и основанием, предназначенного для соединения с пазом корпуса по прессовой посадке, а также крепежные средства, размещенные у торцев корпуса и предназначенные для фиксации реек в осевом направлении, задняя опорная поверхность хвостовика снабжена у основания цилиндрической фаской с радиусом, равным ширине паза корпуса, при этом его передняя опорная поверхность установлена относительно передней стенки паза корпуса с равномерно уменьшающимся от головки к основанию хвостовика зазором, а в зоне, прилегающей к основанию, с натягом, определяемым соотношением
δ<ΔB<(0,005 ... 0,02)Htgω,
где:
δ табличная величина натяга;
DB величина натяга у основания хвостовика, определяемая разностью ширины основания клиновидного хвостовика рейки относительно ширины прямоугольного паза корпуса;
H глубина паза, или величина заделки хвостовика в корпусе;
ω угол наклона передней опорной поверхности хвостовика относительно передней стенки паза корпуса.

Такое конструктивное исполнение сборной червячной фрезы обеспечивает следующие технологические результаты:
1. Сводится к минимуму деформация (нарушение исходной точности) корпуса при сборке с рейками, т.к. при прессовании последних, распорная сила действует только у дна пазов, а не по всей высоте стенки, как в прототипе.

2. Обеспечивается радиальная фиксация рейки (жесткость, сохранение исходной точности) по всей ее длине, а не только по концам у торцовых крышек, т.к. при выполнении условия образуется как бы некоторое поднутрение передней стенки, достаточное для образования соединения хвостовика рейки с корпусом типа замкового.

При этом величину w т.е. угла между передней стенкой паза и передней поверхностью хвостовика, выбирают из условиях сохранения требуемой жесткости рейки и требуемой величины заднего вершинного угла a_e и она составляет обычно 25 30^o.

Часть этого угла может быть отнесена к хвостовику, а часть к пазу. Таким образом, угол наклона передней стенки паза относительно задней стенки в принципе может быть меньше, равен или больше 90^o.

3. Создана возможность использования рабочего корпуса фрезы, в качестве технологического не только при шлифовании зубьев реек, устанавливаемых в шлифованный паз на шлифованный хвостовик, но также и при прорезке сырых зубьев, когда рейка устанавливается в паз наклонно в технологическом положении, на обработанный предварительно, с припуском, хвостовик. Для получения такой возможности на хвостовике у подошвы по задней стенке выполнена цилиндрическая поверхность с радиусом, равным ширине паза корпуса. При малой величине ΔB цилиндрическая поверхность аппроксимируется обыкновенной фаской, параллельной передней поверхности хвостовика. Использование рабочего корпуса как единого, т. е. для обработки зубьев реек в одних и тех же пазах сырых, закаленных и для монтажа, способствует повышению точности фрезы, т.к. полнее используется принцип постоянства баз технологических и монтажных.

На фиг. 1 изображена сборная червячная фреза, вид сбоку с разрезом по А-А; на фиг. 2 фрезы с торца при частично оборванной торцовой крышке и рейках; демонтированной, установленных в технологическом (по радиусу ) и рабочем (по радиусу Re₁ или Re₂) положениях; на фиг. 3 увеличенное изображение с торца хвостовика рейки, размещенной в пазу корпуса.

Фреза содержит корпус 1, на наружной поверхности которого выполнены продольные пазы 2 прямоугольной формы, имеющие глубину H (фиг. 3): комплект зубчатых реек 3 (фиг. 1), каждая из которых состоит из головки 4 и хвостовика 5 (фиг. 2), шпонку 6, состоящую из двух запрессованных в кольцевую канавку корпуса полуколец и предназначенная коническая поверхность которых контактирует с плечиками 8 реек. Плечики имеют одну рабочую 8, либо рабочую 9 и технологическую 10 конические поверхности, контактирующие соответственно с рабочими или технологическими крышками (радиус r₁ для рабочих, r₂ для технологических крышек).

Хвостовик 5 зубчатых реек в поперечном сечении выполнен по передней опорной поверхности 11 с уширением от головки 4 в сторону его основания 12, превышающим ширину B₂ паза 2 корпуса 1 на величину ΔB с образованием усиленной прессовой посадки на узком участке h у дна паза корпуса. По задней опорной поверхности 14, контактирующей с задней стенкой 15 паза, хвостовик 5 снабжен цилиндрической фаской 16, выполненной по радиусу r₃, равному ширине B₂ паза корпуса Это позволяет разместить в пазу 2 корпуса рейку 3 не только в рабочем, но также в технологическом, наклонном положении 17 (фиг. 2) при обработке профиля как закаленных, так и сырых зубьев рейки. В рабочем положении хвостовики реек основанием 12 установлены на цилиндрические пояски 18 с поднутрением передней поверхности 11 на участке 13 за переднюю стенку 19, а задней опорной поверхностью 14 они контактируют с задней стенкой 15 паза корпуса. В радиальном направлении рейки 3 по плечикам 9 (r₁) зафиксированы в пазах корпуса торцовыми крышками 7, а по всей остальной длине хвостовика поднутрением 13 от усиленной прессовой посадки, обеспечивающим надежное соединение рейки с корпусом.

При использовании рабочего корпуса в качестве технологического фрезу изготовляют следующим образом. В пазы полностью готового корпуса 1 устанавливают в радиальном направлении на технологическую шпонку 6 сырые рейки в технологическом положении 17, т.е. совмещают переднюю опорную поверхность 11 хвостовика рейки с передней стенкой 19 паза корпуса, а передняя часть основания хвостовика опирается на цилиндрические пояски 18. Собранная в таком положении сырых реек фреза скрепляется по концам торцовыми технологическими крышками 7 по предварительно обработанным технологическим поверхностям 10 (r₂) плечиков реек. Для придания большей жесткости (из-за прерывистого резания) перед механообработкой между задней стенкой пазов 2 и хвостовиком дополнительно могут быть размещены технологические радиальные клинья (не показаны). Подготовленная таким образом сборка является заготовкой для образования точением или фрезерованием витков сырого технологического червяка, диаметральные размеры и профиль витков которого определяют с учетом параметров основного червяка. После разборки, термообработки и шлифовки хвостовиков реек в размер, рейки снова монтируют в радиальном направлении в пазы корпуса в технологическом положении 17, но уже на рабочую шпонку 6 фиксируются технологическими крышками 7 и в таком виде сборка шлифуется до размеров, когда задние поверхности зубьев при вершине располагаются на наружном цилиндре радиусом а боковые на винтовых поверхностях расчетного технологического червяка.

После шлифования зубьев технологический червяк разбирают, промывают и готовые окончательно рейки вновь монтируют в радиальном направлении без поворота их на 180^o в те же пазы корпуса где они были в технологическом червяке, но уже в рабочем положении 4, когда основание 12 хвостовика рейки по-прежнему остается в контакте с цилиндрическими поясками 18, задняя опорная поверхность 14 хвостовика прижимается к задней стенке 15 паза 2, а передняя часть (нос) хвостовика контактирует на участке 13 с натягом с передней стенкой 19 паза корпуса. Вся конструкция окончательно скрепляется рабочими торцовыми крышками 7, установленным, как и рейки, на цилиндрические пояски 18 с контактированием их внутренней конической поверхности с рабочими поверхностями 9 плечиков реек (r₁).

Следует заметить, что рейки опираются на цилиндрические пояски 18 только передней частью основания 12, а от усилия напрессовки P осевое крышек 7 возникает радиальная составляющая усилия P_рад, которая создает опрокидывающий момент, благодаря чему выбирается зазор, и рейки надежно прижимаются к опорной задней стенке 15 паза корпуса. При этом вершины зубьев реек располагаются на наружном цилиндре, а боковые режущие кромки на винтовых поверхностях основного червяка (Re₁) с образованием заднего угла при вершине α_e1
При необходимости получения увеличенного заднего вершинного угла α_e2>α_e1 рейки из технологического положения 17 вставляют в пазы в повернутом, относительно технологического, на 180^o положении 20 (Re₂).

Рейки 4 описываемой фрезы могут профилироваться также и в составе технологического червяка, созданного не на базе рабочего, а специально рассчитанного технологического корпуса с дополнительно смещенными относительно диаметральной плоскости пазами. Но это, как известно, уменьшает точность окончательно собранной фрезы.

Использование: изобретение относится к машиностроению, в частности к производству металлорежущих инструментов для производства зубчатых колес. Сущность изобретения: сборная червячная фреза содержит корпус с продольными прямоугольной формы пазами на наружной поверхности, комплект зубчатых реек, каждая из которых состоит из головки и хвостовика с передней и задней опорными поверхностями и основанием, предназначенным для соединения с пазом корпуса по прессовой посадке. Крепежные средства размещены у торцев корпуса и предназначены для фиксации реек в осевом направлении. Передняя и задняя опорные поверхности хвостовика сопряжены с его основанием под разными углами: задняя - нормально основанию и снабжена цилиндрической фаской и радиусом r₃, равным ширине паза корпуса, а передняя - с наибольшим зазором по отношению к передней стенке паза в зоне головки, переходящим в натяг в зоне дна паза. 3 ил.

Сборная червячная фреза, содержащая корпус с продольными прямоугольной формы пазами на наружной поверхности, зубчатые рейки, каждая из которых состоит из головки и хвостовика с передней и задней опорными поверхностями и основанием, предназначенного для соединения с пазом корпуса по прессовой посадке, а также крепежные средства, размещенные у торцов корпуса и предназначенные для фиксации реек в осевом направлении, отличающаяся тем, что задняя опорная поверхность хвостовика рейки снабжена у основания цилиндрической фаской с радиусом, равным ширине паза корпуса, при этом его передняя опорная поверхность установлена относительно передней стенки паза корпуса с равномерно уменьшающимися от головки к основанию хвостовика зазором, а в зоне, прилегающей к основанию, с натягом, определяемым из соотношения δ<ΔB<(0,005 - 0,02)•H•tgω, где δ табличная величина натяга, DB величина натяга у основания хвостовика, определяемая разностью ширины основания клиновидного хвостовика рейки относительно прямоугольного паза корпуса, Н глубина паза или величина заделки хвостовика в корпус, ω угол наклона передней опорной поверхности хвостовика относительно задней стенки паза корпуса.