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 для нарезания зубчатых деталей, содержащая режущие зубья с положительным передним углом на их вершине, при этом передняя поверхность зубьев выполнена вогнутой от вершины до основания профиля зуба с образующей в виде дуги окружности в плоскости, перпендикулярной оси фрезы [см. авт.св. SU 404583, B23F 21/16. Червячная фреза. / B.C.Петриченко, С.И.Петров, Л.А.Кудрявцев, А.Н.Севастьяненко. - Опубл. в БИ 1974, № 44, 1974].

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известной червячной фрезы, относится то, что в средней части высоты профиля зуба фрезы передние углы на его боковых сторонах равны нулю, а ближе к основанию профиля зуба имеют отрицательные значения. Это обстоятельство приводит к тому, что лимитирующим становится износ фрезы не на вершине профиля зуба, а на его боковых сторонах вследствие повышенных деформаций срезаемых слоев металла при нулевых и отрицательных значениях передних углов, приводящих к повышению сил и температуры в зоне резания [см. Ящерицын П.И. Теория резания. - Мн.: Новое издание, 2005. - 512 с. (с.34)]. Кроме того, значение переднего угла на вершине профиля зубьев фрезы изменяется при изменении радиуса дуги окружности образующей передней поверхности, т.е. не обеспечивается постоянство оптимального значения переднего угла на вершине профиля зубьев. В результате снижается период стойкости червячной фрезы.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению по совокупности признаков является червячная фреза для нарезания зубчатых деталей, содержащая режущие зубья с положительным передним углом на их вершине, передняя поверхность которых выполнена вогнутой от вершины до основания профиля зуба с образующей в виде дуги окружности в плоскости, перпендикулярной оси фрезы [см. Полохин О.В. Нарезание зубчатых профилей инструментами червячного типа. - М.: Машиностроение, 2007. - 240 с. (с.158, фиг.3.21)], и принятая за прототип.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известной червячной фрезы, относится то, что в средней части высоты профиля зуба фрезы передние углы на его боковых сторонах равны нулю, а ближе к основанию профиля зуба имеют отрицательные значения. Это обстоятельство приводит к тому, что лимитирующим становится износ фрезы не на вершине профиля зуба, а на его боковых сторонах вследствие повышенных деформаций срезаемых слоев металла при нулевых и отрицательных значениях передних углов, приводящих к повышению сил и температуры в зоне резания [см. Ящерицын П.И. Теория резания. - Мн.: Новое издание, 2005. - 512 с. (с.34)]. В результате снижается период стойкости червячной фрезы.

Сущность изобретения заключается в следующем. Как известно, процесс резания червячной фрезой осуществляется режущими кромками ее зубьев в пределах высоты их профиля - от вершины до основания профиля зуба (высота профиля зуба примерно равна 1,1 глубины впадины на обрабатываемой зубчатой детали, например, на червячно-модульных фрезах глубина впадины на обрабатываемом зубчатом колесе равна 2,25 модуля, а высота профиля зуба фрезы равна 2,50 модуля [см. ГОСТ 9324-80 «Фрезы червячные чистовые однозаходные для цилиндрических зубчатых колес с эвольвентным профилем. Технические условия.» (табл.1 на с.32)]). Известно также, что наличие положительных передних углов на всех участках режущей кромки любого инструмента, в том числе и червячной фрезы, повышает его режущую способность, а следовательно, повышает и его период стойкости [см. Полохин О.В. Нарезание зубчатых профилей инструментами червячного типа. - М.: Машиностроение, 2007. - 240 с. (с.28)]. Выполнение передней поверхности режущих зубьев червячной фрезы от вершины до основания профиля зуба вогнутой с образующей в виде дуги окружности определенного радиуса при заданных значениях величин оптимального переднего угла на вершине профиля зуба фрезы и положительного переднего угла в основании профиля зуба позволяет обеспечить положительные передние углы на всех участках режущих кромок зубьев, значения которых находятся в интервале от величины оптимального переднего угла на вершине профиля зуба фрезы до величины переднего угла в основании профиля зуба фрезы. Значение радиуса дуги окружности и ее положение однозначно определяются заданными величинами высоты профиля зуба фрезы, оптимального переднего угла на вершине и положительного переднего угла в основании профиля зуба фрезы. Высота профиля зуба фрезы определяется по высоте профиля зубьев обрабатываемой детали и указана на рабочем чертеже фрезы. Величина оптимального переднего угла на вершине профиля зуба фрезы равна 15…20° [см. Бобров В.Т. Основы теории резания металлов. - М.: Машиностроение, 1975. - 344 с. (с.266) и Полохин О.В. Нарезание зубчатых профилей инструментами червячного типа. - М.: Машиностроение, 2007. - 240 с. (с.28)]. Конкретное значение переднего угла в основании профиля зуба фрезы, при котором обеспечивается наибольший ее период стойкости, зависит от свойств обрабатываемого и инструментального материалов, режима резания, применяемой смазочно-охлаждающей жидкости и определяется экспериментально с учетом того, что из условия вогнутости передней поверхности зубьев фрезы величина этого угла ограничивается следующим неравенством

γ_f≤arcsin(D_a·sinγ_a/D_f),

где γ_f - величина положительного переднего угла в основании профиля зуба фрезы;

γ_а - величина оптимального переднего угла на вершине профиля зуба фрезы;

D_a - наружный диаметр фрезы;

D_f-диаметр окружности, проходящей через основание профиля зуба фрезы.

Одновременное обеспечение оптимального переднего угла на вершине профиля зуба фрезы и положительных передних углов на боковых режущих кромках от вершины до основания профиля зуба фрезы позволяет уменьшить деформацию срезаемых слоев металла на всех участках режущей кромки зуба в пределах высоты его профиля и тем самым снизить силы и температуру в зоне резания, вследствие чего повышается период стойкости фрезы [см. Ящерицын П.И. Теория резания. - Мн.: Новое издание, 2005. - 512 с. (с.34)].

Технический результат - повышение периода стойкости червячной фрезы. Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что у известной червячной фрезы для нарезания зубчатых деталей, содержащей режущие зубья с положительным передним углом на их вершине, передняя поверхность которых выполнена вогнутой от вершины до основания профиля зуба с образующей в виде дуги окружности в плоскости, перпендикулярной оси фрезы.

Особенность заключается в том, что радиус окружности выполнен в соответствии с зависимостью

где R - радиус окружности образующей передней поверхности зуба фрезы;

h - высота профиля зуба фрезы;

γ_a - величина оптимального переднего угла на вершине профиля зуба фрезы;

γ_f - величина положительного переднего угла в основании профиля зуба фрезы.

На чертежах представлено: на фиг.1 изображено сечение зуба червячной фрезы в плоскости, перпендикулярной к ее оси; на фиг.2 изображен производящий профиль зуба червячной фрезы, используемой при моделировании процесса фрезерования цилиндрического зубчатого колеса.

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

Червячная фреза для нарезания зубчатых деталей содержит зубья высотой Н с передней поверхностью, выполненной вогнутой в пределах высоты h профиля зуба фрезы с образующей в виде дуги окружности радиуса R с центром в точке O_R в плоскости, перпендикулярной к оси фрезы, и положительным оптимальным передним углом на вершине зуба γ_а (на наружном диаметре фрезы D_a, фиг.1). Величина радиуса R дуги окружности определяется по зависимости, приведенной в формуле изобретения. При этом на вершине зуба фрезы создан оптимальный передний угол γ_a, а на боковых сторонах зуба в пределах высоты его профиля h созданы положительные передние углы, причем значения положительных передних углов на боковых сторонах зуба в плоскости, перпендикулярной оси фрезы, находятся в пределах от γ_a (на окружности D_a) до γ_f (на окружности D_f). Значения γ_f, при котором обеспечивается наибольший период стойкости фрезы, определяются экспериментально.

Работа червячной фрезы осуществляется следующим образом.

При работе червячной фрезы срезаемый слой металла сходит по передней поверхности зуба фрезы, подвергаясь минимальным деформациям благодаря оптимальному положительному переднему углу на вершине зуба и положительным передним углам на всех участках режущей кромки зуба в пределах высоты его профиля. В результате снижаются силы резания и температура в зоне резания, что приводит к повышению периода стойкости фрезы [см. Ящерицын П.И. Теория резания. - Мн.: Новое издание, 2005. - 512 с. (с.34)].

Выполнение передней поверхности зубьев червячной фрезы вогнутой с образующей в плоскости, перпендикулярной к оси фрезы в виде дуги окружности радиуса R, не приводит к искажению профиля зубьев обрабатываемого колеса, так как режущие кромки зубьев фрезы расположены на исходной поверхности основного Архимедова червяка [см. 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. (с.320)].

Указанное положение подтверждается проведенным моделированием процесса фрезерования зубчатых колес червячно-модульной фрезой [Свидетельство № 2008612202 РФ о государственной регистрации программы на ЭВМ. Подпрограмма для моделирования процесса зубофрезерования червячной фрезой в рабочей среде пакета Unigraphics NX4.0/ B.В.Демидов, А.В.Попович; УЛГТУ. - 2008] с предлагаемой формой передней поверхности зубьев, приведенной на фиг.2.

Моделирование процесса фрезерования зубчатых колес проведено однозаходной червячно-модульной фрезой со следующими параметрами:

- наружный диаметр 109,75 мм (соответствует наружному диаметру 112 мм прецизионной стандартной фрезы для модуля 3 мм, переточенной до расчетного сечения);

- количество стружечных канавок 14;

- направление винтовой линии зубьев - правое;

- стружечные канавки - прямые;

- радиус окружности передней поверхности зуба R=29,43 мм;

- высота профиля зуба h=7,5 мм;

- передний угол на вершине зуба γ_a=20°;

- передний угол на окружности D_f γ_f=5°.

Имитировалась обработка цилиндрического прямозубого некорригированного колеса со следующими параметрами:

- угол профиля исходного контура зубчатой рейки 20°;

- модуль 3 мм;

- количество зубьев 45.

Моделирование процесса зубофрезерования проведено при следующем режиме резания:

- подача встречная 3 мм/об.заг.;

- скорость резания 25 м/мин.

В результате проведенного моделирования установлено, что полученный профиль зубьев колеса соответствует стандартному: угол профиля зуба колеса на его делительной окружности равен углу профиля исходного контура зубчатой рейки, т.е. 20° [см. ГОСТ 13755-81 и ГОСТ 1643-81]. Полученный результат свидетельствует о том, что выполнение передней поверхности зуба червячной фрезы вогнутой с образующей в плоскости, перпендикулярной оси фрезы в виде дуги окружности радиуса R, не приводит к искажению профиля зубьев обрабатываемого колеса при условии расположения режущих кромок зубьев фрезы на исходной поверхности основного Архимедова червяка.

Фреза содержит режущие зубья с положительным передним углом на их вершине, передняя поверхность которых выполнена вогнутой от вершины до основания профиля зуба с образующей в виде дуги окружности в плоскости, перпендикулярной оси фрезы. Для повышения периода стойкости передняя поверхность выполнена с радиусом R, выбранным в соответствии с приведенной зависимостью. 2 ил.

Червячная фреза для нарезания зубчатых деталей, содержащая режущие зубья с положительным передним углом на их вершине, передняя поверхность которых выполнена вогнутой от вершины до основания профиля зуба с образующей в виде дуги окружности в плоскости, перпендикулярной оси фрезы, отличающаяся тем, что передняя поверхность выполнена с радиусом R, выбранным в соответствии с зависимостью

где h - высота профиля зуба фрезы;
γ_a - величина оптимального переднего угла на вершине зуба;
γ_f - величина переднего угла на расстоянии h от вершины зуба в направлении к оси фрезы.