ЧЕРВЯЧНАЯ ФРЕЗА ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ ЗУБЧАТЫХ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 2011 года по МПК B23F21/16 

Изобретение относится к области зуборезных инструментов, а именно к червячным фрезам, и может быть использовано при зубофрезеровании зубчатых деталей.

Известна червячная фреза, содержащая правый и левый блоки с делительными цилиндрами, соосными оси вращения фрезы, и режущие зубья с нулевым углом профиля. Правый и левый блоки фрезы соответственно профилируют правую и левую сторону зубьев колеса [см. Полохин О.В. Нарезание зубчатых профилей инструментами червячного типа. - М.: Машиностроение, 2007. - 240 с. (с.46)].

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известной червячной фрезы, относится то, что при одном установе фрезы невозможно одновременно осуществить предварительную (черновую) и окончательную (чистовую) обработку зубьев колеса, которые рекомендуется выполнять при зубофрезеровании колес с модулем от 1,5 мм и более, а при модуле больше 3 мм выполнение операции зубофрезерования в один проход (т.е. сразу производится окончательная обработка) не рекомендуется вообще [см. Полохин О.В. Нарезание зубчатых профилей инструментами червячного типа. - М.: Машиностроение, 2007. - 240 с. (с.208-211)]. Предварительную и окончательную обработку зубчатых колес этой фрезой можно выполнить только за два ее установа, т.е. за два цикла зубофрезерования. Кроме того, у известной червячной фрезы в резании участвуют одни и те же участки боковых режущих кромок, что приводит к ее быстрому износу, вследствие которого период стойкости фрезы невысокий [см. Полохин О.В. Нарезание зубчатых профилей инструментами червячного типа. - М.: Машиностроение, 2007. - 240 с. (с.45-46)].

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является выбранная в качестве прототипа червячная фреза для нарезания зубчатых деталей, содержащая два блока с делительными конусами, обращенными вершинами навстречу друг к другу и соосными оси вращения фрезы, и расположенные на них режущие зубья с шагом вдоль образующих линий делительных конусов, равным делительному шагу нарезаемого зубчатого колеса, а профиль зубьев каждого блока соответствует исходному контуру зубчатой рейки [см. Полохин О.В. Нарезание зубчатых профилей инструментами червячного типа. - М: Машиностроение, 2007. - 240 с. (с.46)].

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известной червячной фрезы, относится то, что при одном установе фрезы невозможно одновременно осуществить предварительную (черновую) и окончательную (чистовую) обработку зубьев колеса, которые рекомендуется выполнять при зубофрезеровании колес с модулем от 1,5 мм и более, а при модуле больше 3 мм выполнение операции зубофрезерования в один проход (т.е. сразу производится окончательная обработка) не рекомендуется вообще [см. Полохин О.В. Нарезание зубчатых профилей инструментами червячного типа. - М.: Машиностроение, 2007. - 240 с. (с.208-211)]. Предварительную и окончательную обработку зубчатых колес этой фрезой можно выполнить только за два ее установа, т.е. за два цикла зубофрезерования. Кроме того, у известной червячной фрезы в резании участвуют одни и те же участки боковых режущих кромок, что приводит к ее быстрому износу, вследствие которого период стойкости фрезы невысокий [см. Полохин О.В. Нарезание зубчатых профилей инструментами червячного типа. - М.: Машиностроение, 2007. - 240 с. (с.46)].

Сущность изобретения направлена на повышение производительности зубофрезерования и периода стойкости червячной фрезы.

При использовании червячной фрезы обеспечивается полный обкат зубьев колеса на каждом блоке, причем профилирование зубьев колеса осуществляется обеими боковыми режущими кромками зуба фрезы.

Предлагаемая конструкция фрезы позволяет осуществлять с одного установа одновременную предварительную (на входной части фрезы) и окончательную (на выходной части фрезы) обработку зубьев колеса. Требуемая величина припуска на окончательное зубофрезерование, осуществляемое на выходной части фрезы, обеспечивается соответствующим смещением блока фрезы на ее входной части. Кроме того, возможна передвижка фрезы вдоль образующих линий делительных конусов, что обеспечивает смену режущих участков боковой режущей кромки зубьев фрезы, вследствие чего период стойкости фрезы повышается [см. Полохин О.В. Нарезание зубчатых профилей инструментами червячного типа. - М.: Машиностроение, 2007. - 240 с. (с.204-206)].

Технический результат - повышение производительности зубофрезерования и периода стойкости червячной фрезы.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что червячная фреза для нарезания зубчатых деталей содержит два блока с делительными конусами, обращенными вершинами навстречу друг к другу и соосными оси вращения фрезы, и расположенные на них режущие зубья с шагом вдоль образующих линий делительных конусов, равным делительному шагу нарезаемого зубчатого колеса, а профиль зубьев каждого блока соответствует исходному контуру зубчатой рейки.

Особенность заключается в том, что половина угла делительного конуса фрезы выбрана в соответствии с соотношением

где φ_к - половина угла делительного конуса фрезы;

L - проекция активного участка линии зацепления фрезы и зубчатого колеса на начальную прямую фрезы на каждом ее блоке;

d_t1 - диаметр делительной окружности нарезаемого зубчатого колеса;

α_п - угол профиля исходного контура зубчатой рейки.

На чертеже изображен общий вид предлагаемой червячной фрезы для нарезания зубчатых деталей.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.

Червячная фреза для нарезания зубчатых деталей содержит два блока 1 и 2 с делительными конусами, обращенными вершинами навстречу друг к другу и соосными оси вращения фрезы, и расположенные на них режущие зубья с шагом вдоль образующих линий делительных конусов, равным делительному шагу нарезаемого зубчатого колеса, а профиль зубьев каждого блока соответствует исходному контуру зубчатой рейки. Половина угла делительного конуса фрезы φ_к выбрана в соответствии с соотношением

где L - проекция активного участка линии зацепления фрезы и зубчатого колеса на начальную прямую фрезы на каждом ее блоке;

d_t1 - диаметр делительной окружности нарезаемого зубчатого колеса;

α_п - угол профиля исходного контура зубчатой рейки.

Значения параметров L и d_t1 могут быть определены по известным зависимостям [см., например, Кожевников Д.В., Гречишников В.А., Кирсанов С.В., Кокарев В.И., Схиртладзе А.Г. Режущий инструмент: Учебник для вузов / Под редакцией С.В.Кирсанова. - 2-е изд. доп. - М.: Машиностроение, 2005. - 528 с.]. Между блоками фрезы установлена простановочная втулка 3 длиной S, изменяя которую можно осуществлять передвижку фрезы.

Работа червячной фрезы осуществляется следующим образом.

При работе червячной фрезы на ее входной части (на блоке 1 или 2) осуществляется предварительное (черновое) зубофрезерование с оставлением припуска на боковых сторонах зубьев под окончательное (чистовое) зубофрезерование, которое осуществляется на выходной части фрезы (на блоке 2 или 1). Требуемая величина припуска на окончательное зубофрезерование, осуществляемое на выходной части фрезы, обеспечивается соответствующим смещением блока фрезы на ее входной части. Передвижка фрезы вдоль образующих линий делительных конусов для повышения периода ее стойкости осуществляется заменой простановочной втулки 3 на другую с измененной длиной S.

Работоспособность предлагаемой червячной фрезы установлена 3D-моделированием процесса зубофрезерования для прямозубых колес на верифицированном программном продукте [см. Свидетельство №2008612202 РФ о государственной регистрации программы на ЭВМ. Подпрограмма для моделирования процесса зубофрезерования червячной фрезой в рабочей среде пакета Unigraphics NX4.0 / B.B.Демидов, А.В.Попович; УЛГТУ- 2008].

После моделирования процесса зубофрезерования предлагаемой червячной фрезой с 14-ю прямыми стружечными канавками и диаметром делительной окружности в полюсе зацепления, равным 102,25 мм, прямозубых колес с модулем m=3 мм, числом зубьев z₁=45 и углом профиля исходного контура зубчатой рейки, равным α_п=20°, получены результаты, свидетельствующие о возможности изготовления этой фрезой качественных зубчатых колес: погрешность профиля боковых сторон зубьев колеса, обработанного предлагаемой фрезой с углом φ_к от минимального до максимального возможных его значений, определяемых в соответствии с соотношением в формуле изобретения, не превышает 7-ю степень точности. При моделирования процесса зубофрезерования предлагаемой червячной фрезой с углом

прямозубых колес в результате неполного обката не обеспечивается образование правильного профиля зубьев колеса. При моделирования процесса зубофрезерования предлагаемой червячной фрезой с углом φ_к>α_п прямозубых колес на боковых поверхностях зубьев колеса образуются риски из-за врезания вершинной части зубьев фрезы за номинальный эвольвентный профиль боковых сторон зубьев.

Межосевое расстояние предлагаемой фрезы и заготовки зубчатого колеса определяется по формуле:

A=(0,5·d_t1+ξ^*·m)·cosφ_к+0,5·d_кmin+[(0,5·d_t1+ξ^*·m)·sinφ_к -0,5·S]·tgφ_к,

где ξ^* - относительная величина коррекции нарезаемого зубчатого колеса;

d_кmin - меньший диаметр делительного конуса фрезы.

Величина передвижки фрезы Δ вдоль образующих линий делительных конусов равна рекомендуемой величине передвижки для цилиндрических фрез [см. Полохин О.В. Нарезание зубчатых профилей инструментами червячного типа. - М.: Машиностроение, 2007. - 240 с. (с.204-206)] и обеспечивается соответствующим изменением длины простановочной втулки на величину ΔS, определяемую по формуле

ΔS=Δ·cosφ_к.

Требуемая величина припуска δ на боковых сторонах зубьев нарезаемого колеса, оставляемая на входной части предлагаемой фрезы под окончательное зубофрезерование на ее выходной части, обеспечивается соответствующим смещением блока фрезы на ее входной части на величину δS, определяемую по формуле

δS=δ/(sinα_п ·sinφ_к).

Требуемая величина припуска δ под окончательное зубофрезерование назначается по известным рекомендациям [см., например, Полохин О.В. Нарезание зубчатых профилей инструментами червячного типа. - М.: Машиностроение, 2007 - 240 с. (с.198-199)].

Фреза содержит два блока с делительными конусами, обращенными вершинами навстречу друг к другу и соосными оси вращения фрезы, и расположенные на них режущие зубья с шагом вдоль образующих линий делительных конусов, равным делительному шагу нарезаемого зубчатого колеса, а профиль зубьев каждого блока соответствует исходному контуру зубчатой рейки. Для повышения производительности и стойкости червячной фрезы половина угла делительного конуса фрезы выбрана в соответствии с приведенным соотношением. 1 ил.

Червячная фреза для нарезания зубчатых деталей, содержащая два блока с делительными конусами, обращенными вершинами навстречу друг к другу и соосными оси вращения фрезы, и расположенные на них режущие зубья с шагом вдоль образующих линий делительных конусов, равным делительному шагу нарезаемого зубчатого колеса, а профиль зубьев каждого блока соответствует исходному контуру зубчатой рейки, отличающаяся тем, что половина угла делительного конуса фрезы выбрана в соответствии с соотношением

где φ_к - половина угла делительного конуса фрезы;
L - проекция активного участка линии зацепления фрезы и зубчатого колеса на начальную прямую фрезы на каждом ее блоке;
d_t1 - диаметр делительной окружности нарезаемого зубчатого колеса;
α_п - угол профиля исходного контура зубчатой рейки.