ЧЕРВЯЧНАЯ ОДНОЗАХОДНАЯ ФРЕЗА ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ ЗУБЧАТЫХ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 2012 года по МПК B23F21/16 

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

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению по совокупности признаков является червячная однозаходная фреза для нарезания зубчатых деталей, содержащая последовательно расположенные по винтовой линии режущие зубья и стружечные канавки между рядами зубьев фрезы, причем число стружечных канавок равно числу зубьев на витке [см. ГОСТ 9324-80 «Фрезы червячные чистовые однозаходные для цилиндрических зубчатых колес с эвольвентным профилем. Технические условия», с.2] и принятая за прототип.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известной червячной однозаходной фрезы, принятой за прототип, относится то, что коэффициент равномерности фрезерования, равный отношению угла контакта фрезы с заготовкой к угловому шагу ее стружечных канавок между рядами зубьев [см. Металлорежущие инструменты: Учебник для вузов по специальностям «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты» / Г.Н.Сахаров, О.Б.Арбузов и др. - М.: Машиностроение, 1989. - 328 с. (с.84, ф. 2.26)], может принимать значение меньше единицы. Например, при зубофрезеровании цилиндрического стандартного колеса с модулем 1 мм стандартной червячно-модульной однозаходной фрезой 2510-4057 АА с числом стружечных канавок 16 и наружным диаметром 71 мм имеет угловой шаг стружечных канавок 22,50° при угле контакта фрезы с заготовкой 20,65° (коэффициент равномерности фрезерования равен 0,92) [см. ГОСТ 9324-80 «Фрезы червячные чистовые однозаходные для цилиндрических зубчатых колес с эвольвентным профилем. Технические условия», с.5, табл.1]. При такой величине коэффициента равномерности фрезерования имеет место большая неравномерность фрезерования: сила резания и ее момент непостоянны и их изменения носят циклический характер с периодом колебаний, равным времени поворота фрезы вокруг своей оси вращения на один угловой шаг стружечных канавок между рядами зубьев. Величина амплитуд этих колебаний значительна, поскольку все режущие зубья ряда, расположенные вдоль стружечной канавки, практически одновременно начинают процесс резания, причем предшествующий ряд зубьев уже не режет, а последующий - еще не режет. Такие колебания силы резания и ее момента вызывают аналогичные колебания в технологической системе станка, из-за которых снижается точность нарезаемых зубчатых деталей [см. Пуш В.Э. Конструирование металлорежущих станков. - М.: Машиностроение, 1977. - 380 с.].

Сущность изобретения направлена на повышение точности нарезаемых зубчатых деталей. Как известно, точность нарезаемых зубчатых деталей зависит от колебаний в технологической системе станка, которые в основном возникают из-за колебаний силы резания и ее момента [см. Пуш В.Э. Конструирование металлорежущих станков. - М.: Машиностроение, 1977. - 380 с.]. Амплитуды колебаний силы резания и ее момента зависят от равномерности фрезерования, которая определяется отношением угла контакта фрезы с заготовкой и углового шага стружечных канавок между рядами зубьев фрезы: увеличение этого отношения приводит к повышению равномерности фрезерования [см. Металлорежущие инструменты: Учебник для вузов по специальностям «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты» / Г.Н.Сахаров, О.Б.Арбузов и др. - М.: Машиностроение, 1989. - 328 с. (с.219-220)]. Угол контакта червячной фрезы с заготовкой определяется величиной ее наружного диаметра и глубиной фрезерования, которая зависит от высоты зубьев нарезаемых деталей. Для заданных параметров червячной фрезы и нарезаемых зубчатых деталей угол контакта фрезы с заготовкой остается постоянным, т.е. повышение равномерности фрезерования путем увеличения этого фактора невозможно. Повышение равномерности фрезерования при использовании стандартных червячных однозаходных фрез путем уменьшения углового шага стружечных канавок между рядами зубьев фрезы нежелательно, так как это приведет к уменьшению углового шага между зубьями фрезы, расположенными по винтовой линии, и как следствие, к снижению полного периода ее стойкости из-за уменьшения длины рабочей части зубьев (уменьшается количество возможных переточек фрезы) [см. Металлорежущие инструменты: Учебник для вузов по специальностям «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты» / Г.Н.Сахаров, О.Б.Арбузов и др. - М.: Машиностроение, 1989. - 328 с. (с.221)].

В связи с вышеизложенным равномерность фрезерования червячной однозаходной фрезой можно повысить только путем уменьшения углового шага стружечных канавок (путем увеличения числа стружечных канавок) между рядами зубьев фрезы при условии, что угловой шаг между зубьями фрезы, расположенными по винтовой линии, не уменьшится. Одновременное выполнение этих условий возможно за счет расположения зубьев червячной однозаходной фрезы в шахматном порядке, при котором число стружечных канавок между рядами зубьев фрезы равно удвоенному числу зубьев на витке, уменьшенному на единицу.

Таким образом, при использовании червячной однозаходной фрезы предлагаемой конструкции по сравнению с аналогичной стандартной червячной однозаходной фрезой одновременно обеспечивается и повышение равномерности фрезерования примерно в полтора-два раза за счет увеличения числа стружечных канавок между рядами зубьев фрезы и неизменность полного периода ее стойкости (сохраняется количество возможных переточек фрезы) благодаря тому, что угловой шаг между зубьями фрезы, расположенными по винтовой линии, не уменьшается.

Технический результат - повышение точности нарезаемых зубчатых деталей.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что червячная однозаходная фреза для нарезания зубчатых деталей содержит последовательно расположенные по винтовой линии режущие зубья и стружечные канавки между рядами зубьев фрезы.

Особенность заключается в том, что зубья фрезы расположены в шахматном порядке, а число стружечных канавок между рядами зубьев фрезы равно удвоенному числу зубьев на витке, уменьшенному на единицу.

На чертежах представлено: на фиг.1 изображен общий вид предлагаемой червячной однозаходной фрезы для нарезания зубчатых деталей; на фиг.2 изображен вид слева на фиг.1 предлагаемой червячной однозаходной фрезы для нарезания зубчатых деталей с угловым шагом стружечных канавок между рядами зубьев фрезы ε_к; на фиг.3 изображена зависимость суммарной площади поперечных сечений срезаемых слоев металла заготовки одновременно режущими зубьями стандартной червячной однозаходной фрезой от ее угла поворота вокруг своей оси вращения; на фиг.4 изображена зависимость суммарной площади поперечных сечений срезаемых слоев металла заготовки одновременно режущими зубьями предлагаемой червячной однозаходной фрезой от ее угла поворота вокруг своей оси вращения.

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

Червячная однозаходная фреза для нарезания зубчатых деталей (фиг.1, фиг.2) содержит последовательно расположенные по винтовой линии режущие зубья и стружечные канавки между рядами зубьев фрезы, причем зубья фрезы расположены в шахматном порядке, а число стружечных канавок между рядами зубьев фрезы равно удвоенному числу зубьев на витке, уменьшенному на единицу. Угловой шаг стружечных канавок между рядами зубьев фрезы ε_к (в градусах) равен частному от деления 360° на число стружечных канавок между рядами зубьев.

Работа червячной однозаходной фрезы для нарезания зубчатых деталей осуществляется следующим образом.

При работе предлагаемой червячной однозаходной фрезы благодаря увеличенному числу стружечных канавок между рядами зубьев фрезы в резании одновременно участвует большее число рядов зубьев по сравнению с аналогичной стандартной червячной однозаходной фрезой. Это приводит к повышению равномерности фрезерования, при которой амплитуды колебаний силы резания и ее момента уменьшаются по сравнению с работой аналогичной стандартной однозаходной червячной фрезы примерно в полтора - два раза. Уменьшение амплитуд колебаний силы резания и ее момента приводит к уменьшению амплитуды колебаний в технологической системе станка и, следовательно, к повышению точности нарезаемых зубчатых деталей [см. Пуш В.Э. Конструирование металлорежущих станков. - М.: Машиностроение, 1977. - 380 с.].

Методом твердотельного моделирования определены суммарные площади поперечных сечений срезаемых слоев металла заготовки одновременно режущими зубьями стандартной червячно-модульной однозаходной фрезой (фиг.3) и червячно-модульной однозаходной фрезой, выполненной в соответствии с предлагаемым изобретением (фиг.4).

Параметры стандартной червячно-модульной однозаходной фрезы: число зубьев на одном витке и число стружечных канавок равно 14 (угловые шаги зубьев и стружечных канавок равны 25,71°); стружечные канавки прямые; наружный диаметр фрезы равен 109,75 мм (стандартная фреза с наружным диаметром 112 мм переточена до расчетного сечения с наружным диаметром, равным 109,75 мм).

Параметры червячно-модульной однозаходной фрезы, выполненной в соответствии с предлагаемым изобретением: число зубьев на одном витке равно 14 (угловой шаг зубьев равен 26,66°), число стружечных канавок между рядами зубьев фрезы равно 27 (угловой шаг стружечных канавок равен 13,33°); стружечные канавки прямые; наружный диаметр фрезы равен 109,75 мм (предлагаемая фреза с наружным диаметром 112 мм переточена до расчетного сечения с наружным диаметром, равным 109,75 мм).

Параметры обрабатываемого прямозубого колеса: угол профиля исходного контура зубчатой рейки 20°; модуль 3 мм; коэффициент высоты головки зуба 1,0; высота зуба 6,75 мм; число зубьев 45; коэффициент коррекции равен нулю.

Режим резания: скорость резания 25 м/мин; осевая встречная подача 2 мм/об.

На основе анализа полученных результатов установлено следующее:

- среднее арифметическое суммарных площадей поперечных сечений срезаемых слоев металла заготовки при фрезеровании стандартной и предлагаемой червячно-модульными однозаходными фрезами, остается практически одинаковым;

- максимальное отклонение суммарной площади поперечных сечений срезаемых слоев металла заготовки от среднего арифметического суммарных площадей поперечных сечений срезаемых слоев металла заготовки при обработке стандартной червячно-модульной однозаходной фрезой составляет 0,10 мм²;

- максимальное отклонение суммарной площади поперечных сечений срезаемых слоев металла заготовки от среднего арифметического суммарных площадей поперечных сечений срезаемых слоев металла заготовки при обработке червячно-модульной однозаходной фрезой, выполненной в соответствии с предлагаемым изобретением, составляет 0,07 мм²;

- максимальное отклонение суммарной площади поперечных сечений срезаемых слоев металла заготовки при обработке червячно-модульной однозаходной фрезой, выполненной в соответствии с предлагаемым изобретением, меньше максимального отклонения суммарной площади поперечных сечений, срезаемых слоев металла заготовки при обработке стандартной червячно-модульной однозаходной фрезой в 1,43 раза.

Как известно, сила резания пропорциональна площади поперечного сечения срезаемого слоя металла заготовки [см. Ящерицын П.И. Теория резания. - Мн.: Новое издание, 2005. - 512 с. (с.34)]. Следовательно, средние значения силы резания и ее момента для сравниваемых червячно-модульных однозаходных фрез одинаковые, а амплитудные значения силы резания и ее момента меньше при обработке червячно-модульной однозаходной фрезой, выполненной в соответствии с предлагаемым изобретением.

Уменьшение амплитуд колебаний силы резания и ее момента приведет к уменьшению амплитуды колебаний в технологической системе станка и, следовательно, к повышению точности нарезаемых зубчатых деталей [см. Пуш В.Э. Конструирование металлорежущих станков. - М.: Машиностроение, 1977. - 380 с.].

Фреза содержит последовательно расположенные по винтовой линии режущие зубья и стружечные канавки между рядами режущих зубьев. Для повышения точности нарезаемых зубчатых деталей режущие зубья расположены в шахматном порядке, а число стружечных канавок между рядами режущих зубьев равно удвоенному числу зубьев на витке упомянутой винтовой линии, уменьшенному на единицу. 4 ил.

Червячная однозаходная фреза для нарезания зубчатых деталей, содержащая последовательно расположенные по винтовой линии режущие зубья и стружечные канавки между рядами режущих зубьев, отличающаяся тем, что режущие зубья расположены в шахматном порядке, а число стружечных канавок между рядами режущих зубьев равно удвоенному числу зубьев на витке упомянутой винтовой линии, уменьшенному на единицу.