ЧЕРВЯЧНЫЕ ФРЕЗЫ
Червячная фреза представляет собой соответствующим образом спрофилированный червяк с режущими зубьями (рис. 9), имеющими передний и задний углы. Передний угол у — угол между передней поверхностью зуба и радиальной плоскостью фрезы. Для чистовых фрез y = 0. Задний угол а у наружных кромок — угол между задней поверхностью зуба и плоскостью, касательной к наружному цилиндру и проходящей через данную кромку; он равен 10—12°. Задние боковые углы (у боковых режущих кромок) составляют 3—4°. Задние углы червячных фрез образуются затылованием на затыловочных станках (кроме острозаточенных фрез, зубья которых затачивают по задним поверхностям на затыловочных или шлифовальных станках).
Рис. 9. Передний y и задний а углы червячной фрезы
Классификация
Червячные фрезы классифицируют по роду обработки, числу заходов, направлению витков и по конструкции.
По роду обработки различают черновые, чистовые и прецизионные фрезы.
Черновые фрезы предназначены для предварительного нарезания зубьев. Они могут быть изготовлены с меньшей точностью. чем чистовые, и иметь передний угол («поднутрение»), равный 5—7°. Толщина зубьев этих фрез обычно меньше, чем у чистовых, на величину припуска под чистовое нарезание.
Чистовые фрезы, предназначенные для чистовой обработки зубьев, стандартизированы. Их размеры указаны в ГОСТ 9324—80Е.
Прецизионные фрезы, предназначенные для нарезания зубьев колес особо точных передач, например турбинных, выполняют обычно с увеличенным диаметром.
По числу заходов различают однозаходные и многозаходные (двух и трехзаходные) фрезы. Последние имеют увеличенный угол подъема витка и, следовательно, дают большую ошибку профиля нарезаемых зубьев. Их применяют для чернового нарезания перед последующей чистовой обработкой или отделкой зубьев с целью снижения машинного времени зубообработки. В последнее время в некоторых случаях применяют многозаходные чистовые червячные фрезы с увеличенным диаметром.
По направлению витков фрезы бывают правые (правозаходные) и левые (левозаходные), по конструкции цельные и сборные (со вставными рейками — гребенками или со вставными зубьями).
Кроме перечисленных, находят применение следующие специальные фрезы:
черновые фрезы высокой производительности с измененной схемой резания. К ним относятся фрезы «Прогресс» и др. От обычных фрез они отличаются тем что их зубья делают различной высоты или толщины с целью обеспечения увеличенных подач вследствие более равномерной загрузки зубьев фрезы при черновом нарезании; черновые острозаточенные фрезы конструкции ВНИИ, зубья которых не затылуют, а затачивают по задним граням;
фрезы с уменьшенным углом профиля (чистовые или черновые) для облегчения процесса резания и уменьшения шероховатости поверхности нарезаемых зубьев;
фрезы зубья которых оснащены пластинками из твердого сплава;
фрезы под шевингование или шлифование (с уменьшенным углом профиля на верхнем участке зуба);
фрезы незатылованные сборные (со вставными рейками), зубья которых шлифуют на резьбо- или червячно-шлифовальных станках.
Конструкции фрез
Чистовые фрезы (ГОСТ 9324—80Е) изготовляют следующих типов и классов точности:
типа 1 — цельные прецизионные класса точности АА (модуль 1—10 мм);
типа 2 — цельные модулей 1—10 мм классов точности А, В, С и D; модулей 11 —14 мм классов точности АА, А, В, С и D; модулей 16— 20 мм классов точности А А и А;
типа 3 — сборные модулей 8—25 мм классов точности А, В, С и D.
Рис. 10. Стандартная чистовая червячная фреза.
Рис. 11. Схема черновой червячной фрезы с переменной высотой зуба.
Особо точные фрезы класса ААА по ОСТ 2ИЧ1-1—75 (Минстанкопром) предназначены для обработки колес 5-й степени точности.
Фрезы изготовляют со шлифованным профилем по длине не менее 1/3 длины зуба. Для фрез, изготовляемых в централизованном порядке, установлен передний угол 0, а задний угол на наружном диаметре 9— 12°. По согласованию с заказчиком фрезы типа 2 и 3 изготовлены с заборным конусом (для косозубых колес), фрезы классов точности АА и А — с модифицированным профилем.
Цельные фрезы и режущую часть сборных фрез изготовляют из быстрорежущей стали. Твердость режущей части HRC 62—65. Уменьшение твердости фрез приводит к резкому снижению их стойкости.
Основные размеры стандартных фрез (рис. 10) приведены в табл. 10 и 11. Радиус скругления зубьев фрез принимают равным (0,3—0,4) m. Отклонение диаметра посадочного отверстия фрез класса АА и А в поле допуска H5 (СТ СЭВ 144-75).
Высокопроизводительные фрезы. При черновом нарезании колеса червячными фрезами наибольшая нагрузка приходится на наружные (периферийные) режущие кромки зубьев, срезающие основную часть припуска. Эти кромки по длине фрезы загружены неравномерно по толщине и длине срезаемой стружки. Вследствие этого допускаемая подача в процессе резания определяется по наиболее нагруженному зубу фрезы, Подачу можно значительно увеличить, если более равномерно нагружать зубья фрезы. С этой целью срезают часть зуба по высоте на наружной поверхности фрезы, что осуществляется на затыловочном станке по шаблону. Эти фрезы являются фрезами определенной установки, т. е. их довольно точно устанавливают в осевом направлении, для чего на одном зубе фрезы наносят риску, которая должна совпадать с межосевым перпендикуляром (рис.11).
10. Основные размеры (в мм) чистовых однозаходных цельных червячных прецизионных фрез (типов 1 и 2 по ОСТ 241-1—75)
11. Основные размеры (в мм) сборных стандартных червячных фрез
При иной установке, а также при нарезании корригированной фрезой колес с числом зубьев, значительно отличающимся от расчетного, она может быть использована как обычная черновая фреза.
Эффективным является разделение стружки в месте сопряжения вершинной и боковой режущих кромок. Фрезы выполняют с зубьями различной высоты и толщины или только различной высоты (рис. 12, а). Они известны как фрезы с прогрессивной схемой резания.
Перепад между режущими кромками может быть равным наибольшей толщине стружки (0,05—0,3 мм), срезаемое вершиной или боковой кромкой или превышать ее не более чем на 0,1 мм. Сопряжения вершинной и боковой кромок можно выполнять попеременно с одной и другой стороны зубьев по радиусу или по прямой (рис. 12, б).
Рис. 12. Профили зубьев червячной фрезы:
а — переменные высота и толщина зубьев;
б — сопряжение вершинных и боковых кромок по радиусу и по прямой.
Применение указанных фрез с измененной схемой резания целесообразно для серийного изготовления колес с модулем 2—26 мм на жестких станках. При этом подача может быть увеличена в 1,5—2 раза по сравнению с подачами, допускаемыми нормальными фрезами.
К числу таких фрез относят черновые фрезы с заборным конусом ф = 6-8°, выполняемым на длине примерно трех витков (Lк = 10m) для улучшения условий резания (рис. 13). Если фреза и нарезаемое колесо одного направления (оба правые или оба левые), то при фрезеровании против направления подачи конус следует делать на выходе фрезы из заготовки по направлению ее вращения, и наоборот (см. табл. 8).
Сборные острозаточенные фрезы конструкции ВНИИ (рис. 14) предназначены для чернового нарезания зубьев или обработки их под шлифование или шевингование. Зубья этих фрез, изготовляемые из быстрорежущей стали, не затылуют, а затачивают до сборки фрезы наостро по задним поверхностям так, чтобы задние углы (при вершине и боковые) составляли 10—12°. Передний угол делают равным 10—15°. Применение таких фрез позволяет увеличить подачу и повысить стойкость инструмента.
Рис. 13. Заборный конус черновых червячных фрез для нарезания косозубых колес
Рис. 14. Сборная острозаточенная червячная фреза со вставными зубьями
Фрезы с уменьшенным профильным углом. По теории эвольвентного зацепления колесо с заданным углом зацепления может быть нарезано методом обкатки инструментом с иным углом профиля при условии равенства шагов зацепления инструмента и нарезаемого колеса. Это позволяет использовать вместо обычных червячных фрез (а = 20°) фрезы с уменьшенным углом профиля (до а = 0). Применение таких фрез обеспечивает снижение теоретической высоты h (в мм) микронеровностей (гребешков) на боковых поверхностях фрезеруемых зубьев
где - Dеф — наружный диаметр фрезы, мм.
При этом улучшается процесс резания и обеспечивается более рациональное распределение припуска на окончательную обработку.
Фрезы многозаходные с увеличенным диаметром, предназначенные для нарезания колес m= 4-5 мм, выполняют сборными. Наружный диаметр таких фрез 250—400 мм, число заходов до 4—5.
Их основное преимущество — возможность работы с увеличенными подачами и соответственно повышенной производительностью благодаря увеличению жесткости оправки и снижению высоты микронеровностей (волнистости) на боковых поверхностях зубьев. Недостаток — более сложная конструкция, а также необходимость снижения частоты вращения, что может привести к уменьшению минутной подачи.
Они могут быть использованы на тех станках, габаритные размеры фрезерного суппорта которых позволяют их установку. Для уменьшения основного времени врезание следует производить не в вертикальном, а в радиальном направлении.
Фрезы со вставными гребенками (рис. 15, табл. 12) получили широкое распространение для нарезания колес с модулем от 4 (на автомобильных заводах) до 30 мм. Корпус фрезы изготовляют из легированной стали, а гребенки — из быстрорежущей. Благодаря применению вставных гребенок повышается качество режущей части и достигается значительная экономия стали.
Рис. 15. Крупномодульная червячная фреза со вставными гребенками:
1 - корпус; 2 - винт; 3 - кольцо; 4 - гребенка.
Сборные незатылованные червячные фрезы. Имеются конструкции фрез с модулем до 10 мм с увеличенными по сравнению со стандартными фрезами задними углами. Их точность достигается шлифованием (вместо затылования) задних поверхностей вставных реек (зубьев) на резьбо- или червячно-шлифовальных станках.
Для обеспечения требуемых задних углов рейки шлифуют при смещении их передней поверхности на величину а относительно оси фрезы в специальном приспособлении (рис. 16) либо в своем корпусе при повороте реек на 180° (поэтому такие фрезы называют также фрезами с поворотными рейками).
Применение сборных незатылованных фрез позволяет повысить производительность зубообработки на 20—-30 % путем увеличения подач и скоростей резания.
Сборные червячные фрезы с твердосплавными зубьями. Создан ряд конструкций червячных фрез, оснащенных пластинами из твердого сплава, чему способствовало появление алмазных шлифовальных кругов. В Киевском институте сверхтвердых материалов разработана конструкция незатылованной червячной фрезы модулем до 4 мм с твердосплавными поворотными неперетачиваемыми пластинками (рис. 17). Зубья фрезы устанавливают в корпусе с отрицательным передним углом (—15°); в результате этого обеспечиваются необходимые задние углы. Принятая форма зуба позволяет использовать его режущие кромки 4 раза.
На ряде заводов применяют фрезы с твердосплавными гребенками.
Применение твердосплавных червячных фрез дает возможность повысить производительность зубообработки на жестких и быстроходных станках в 2—3 раза. Обычно их применяют для нарезания колес с последующим шевингованием.
Рис. 16. Сборная незатылованная червячная фреза со вставными рейками:
а — общий вид; б — заточка реек.
Рис. 17, Червячная фреза с твердосплавными поворотными зубьями:
1 — корпус; 2 и 4 — защитные и установочные элементы; 3 — твердосплавные зубья.
Фрезы с модифицированным профилем. При нарезании зубчатых колес с последующим шевингованием и шлифованием зубьев желательно получить на впадине небольшую выкружку для выхода шевера или круга. Для образования такой выкружки применяют червячную фрезу с модифицированным профилем. Модификация заключается обычно в том, что зуб фрезы выполняют с утолщением у вершины. Этот участок имеет уменьшенный угол профиля. Остальные параметры фрезы такие же, как и у обычных фрез. В ряде случаев для нарезания колес с небольшим числом зубьев модифицированный профиль имеет часть зубьев фрезы (5—7 зубьев) в средней части витка. В таких случаях требуется постоянная установка фрезы в осевом направлении (рис. 18). Имеются чистовые фрезы с профилем, позволяющим одновременно нарезать колеса и срезать фаски вдоль вершин зубьев (рис. 18, б).
Рис. 18. Профиль зубьев червячной фрезы:
а — постоянной установки для нарезания колес под зубошлифование (утолщение выполняется на части зубьев фрезы);
б —для нарезания зубьев с одновременным срезанием фасок на их вершинах
Конструкция оправки для стандартных червячных фрез показана на рис. 19, ее основные размеры приведены в табл. 13. Оправки и втулки обычно изготовляют из малоуглеродистой стали, цементуемой и закаливаемой до твердости HRC 56—62, а также из стали ХВГ. Промежуточные кольца и гайки изготовляют из стали 45 (HRC 40—45).
Рис. 19. Оправка для червячных фрез
13. Основные размеры (в мм) фрезерных оправок
Заточка и переточка затылованных червячных фрез производится по передней поверхности на специальных заточных станках (табл. 14). На рис, 20 показаны схемы влияния погрешностей заточки фрезы (расположения передней поверхности фрезы) на профиль нарезанных фрезой зубьев колеса. В случае большого износа фрез по задней поверхности их перешлифовывают на затыловочных станках (табл. 14), на которых производится затылование новых фрез.
14. Технические характеристики заточных и затыловочных станков для червячных фрез
Рис. 20. Схемы влияния расположения передней поверхности зубьев фрезы на профиль нарезаемых зубьев:
1 — форма заточки передней поверхности фрезы;
2 — профиль зубьев фрезы;
3— профиль зубьев нарезаемого колеса;
а — правильная заточка (передняя поверхность фрезы расположена в радиальной плоскости);
б, в и г — неправильная заточка (передняя поверхность фрезы отклонена от радиальной плоскости)
Двухкромочные обкаточные резцы конструкции ЦНИИТМАШа предназначены для чистовой обработки колес внешнего и внутреннего зацепления средних и крупных модулей с твердостью зубьев до HRC45—50 на зубофрезерном станке при обычной настройке кинематических цепей станка. Инструмент устанавливают на заданном расстоянии от оси колеса. Профиль режущей части рассчитывают по параметрам обрабатываемого колеса. Профиль зуба формируется одной кромкой. Вследствие благоприятных условий резания стойкость инструмента высока. При этом сокращаются расходы на инструмент, повышается качество обработки.
На рис. 21 показан обкаточный резец для нарезания колес модулем m = 28 мм. Широкая режущая пластина из быстрорежущей стали допускает много переточек.
Рис. 21. Обкаточный резец (m = 28 мм) для нарезания крупномодульных зубчатых колес:
1 - режущая пластина; 2 - корпус; 3 - клиновая планка; 4 - резец для обточки вершин зубьев
На рис. 22 изображен инструмент с прямолинейными кромками, оснащенный пластинами из твердого сплава ВК10-ОМ, для чистовой обработки колес с закаленными зубьями (HRC 40—50).
Рис. 22. Обкаточная двухрезцовая головка m = 10 мм для чистовой обработки закаленных колес:
1 - резцы; 2 - корпус; 3 - прижимная планка
При обработке колес с внутренними зубьями режущую пластину целесообразно располагать на корпусе инструмента для предварительного зубонарезания. На рис. 23 показана фреза конструкции ЦНИИТМАШа. Острозаточенные зубья 3 установлены в корпусе 1 таким образом, что каждый последующий зуб срезает металл вершинной и боковой режущими кромками после предварительного зубонарезания. Чистовой резец 2 устанавливается вместо одного из черновых резцов.
Режимы резания при обработке колес внешнего зацепления резцами из стали Р6М5К5 (m = 20-30 мм): t = 0,5 мм; s = 2—3 мм/об; v= 15—30 м/мин; при работе резцами из твердого сплава ВК10-ОМ (m = 10-16 мм) t = 0,3 мм; s = 1-2 мм/об; v = 50-80 м/мин; при нарезании колес внутреннего зацепления глубина и подача снижаются в 1,5—2 раза.