книги / Цилиндрические зубчатые колеса

циент линейного расширения близкий коэффициенту линейного рас­ ширения твердого сплава и сохранять твердость при напаивании.

Воснове твердосплавных червячных фрез для обработки зубчатых колес средних и больших модулей лежит сборная конструкция, со­ стоящая из корпуса, твердосплавных режущих, установочных и за­ жимных элементов.

Вкачестве материала для корпусов сборных фрез используют ле­ гированные конструкционные и инструментальные стали 40Х, 45Х, 40ХНМА, 12ХНЗА, 20Х с применением цементации и последующей закалки.

Форма и размеры исходных заготовок режущих элементов долж­ ны максимально приближаться к их окончательной форме и разме­ рам. В связи с повышенной хрупкостью твердого сплава следует, по возможности, увеличивать сечение зуба в опасных местах и не допус­ кать резких переходов толщин. Заложенный в конструкции червяч­ ной фрезы твердосплавный режущий элемент получают прессовани­ ем и последующим спеканием. Твердость режущих элементов пос­ ле спекания может находиться в пределах HRA 88,5-92 в зависимости от марки твердого сплава.

В отечественном машиностроении твердосплавные червячные фрезы впервые появились в 1950г. и получили отрицательную оцен­ ку из-за сложности их изготовления и больших затрат. Частые выкра­ шивания были причиной низкой работоспособности этого инстру­ мента. С развитием технологии инструментального производства, спе­ кания твердосплавных режущих элементов, появлением алмазного инструмента и средств контроля интерес к созданию и использованию червячных фрез, оснащенных твердым сплавом, значительно возрос.

Сегодня отечественные и зарубежные фирмы-изготовители зубо­ резного инструмента предлагают ряд конструкций червячных сбор­ ных твердосплавных фрез средних и больших модулей, отличающих­ ся формой используемых режущих элементов и их креплением в кор­ пусах, а также геометрией режущей части и методами образования задних поверхностей [33].

Ниже будут рассмотрены лишь несколько видов твердосплавных червячных фрез, отражающих различные направления в конструиро­ вании этого инструмента.

Ряд конструкций твердосплавных червячных фрез был предложен Институтом сверхтвердых материалов АН Украины. В одной из пер­ вых конструкций в качестве крепления твердосплавных элементов была применена пайка. Корпус фрезы выполнен с винтовой наруж­ ной поверхностью, соответствующий профилю фрезы (рис. 156).

Рис. 156. Твердосплавная червячная фреза с впаянными зубьями.

Эта нарезка выполняет роль опор для режущих элементов и, вос­ принимая окружную силу резания, разгружает зубья от изгибающих напряжений. Для установки зубьев в корпусе сделаны продольные пазы, которые на 0,1 -0,2 мм шире толщины державочной части твер­ досплавного зуба. Этот гарантированный зазор необходим для зате­ кания припоя. При пайке режущая часть зубьев должна быть распо­ ложена симметрично относительно витков корпуса. Это достигает­ ся ограничением ряда зубьев в пазу винтами с двух сторон. Длина их для всех пазов переменная и отличается на величину осевого шага, деленную на число пазов. Отпуская винт с одной стороны и затяги-

*вая с другой, весь ряд зубьев можно перемещать в осевом направле­ нии, пока он не займет правильного положения относительно вит­ ков корпуса. При сборке в пазы корпуса и на дно укладывается при­ пой в виде фольги. При изготовлении паяных фрез большое значение имеет качество пайки и последующей алмазной обработки [21,22].

Технология изготовления таких фрез весьма трудоемка и требует специальных приспособлений для точной осевой установки ряда зу­ бьев с совпадением по винтовой линии. Кроме того, напайные зубья фрез подвержены напряжениям и не могут быть качественно обра­ ботаны алмазно-абразивными шлифовальными кругами.

Внастоящее время на Горьковском автомобильном заводе при нарезании эвольвентных шлицев с успехом применяется твердо­ сплавная червячная фреза, разработанная теми же авторами на базе острозаточенной фрезы конструкции ВНИИ.

Фреза состоит из корпуса, выполненного из стали 40Х с HRC 35-40, пазы в котором прорезаны под углом 15°, что обеспечивает необходи­ мые задние углы и отрицательный передний угол у = —15° (рис. 157).

Вкачестве режущих элементов применяются поворотные непере-

Рис. 157. Червячная фреза модулем 2,5 мм с поворотными неперетачиваемыми твердосплавными пластинками.

тачиваемые твердосплавные пластинки ромбовидной формы 4, по­ зволяющие четырехкратно использовать режущие стороны без пере­ тачивания. Для увеличения числа рядов пластинок и уменьшения угла подъема винтовой линии фрезы имеют увеличенный наружный диаметр (160 мм). После износа четырех сторон пластинок профиль может быть многократно восстановлен шлифованием. После шли­ фования длина пластинки уменьшается и вновь они используются со сменными прокладками. На дне паза пластинки опираются на твер­ досплавные базовые вставки 5. Ширина пластинки равна осевому шагу с допуском 0,003-0,005 мм. Необходимая установка пластинок по винтовой линии осуществляется с помощью опорных сухарей 6, имеющих разную длину выступов. Пластинки могут закрепляться разными способами. В конструкции, приведенной на рис. 157, они крепятся винтом и контрвинтом 2 через зажимный сухарь 3 [22].

По аналогии с этой конструкцией изготовлена червячная фреза с отдельными твердосплавными затылованными зубьями. Твердо­ сплавный зуб этой фрезы состоит как бы из двух частей — установоч­ ной и рабочей (рис. 158).

Передняя рабочая поверхность выступает в направлении враще­ ния фрезы, что увеличивает полезную длину зуба и, как следствие, количество переточек. Задняя поверхность на вершине зуба цилин­ дрическая и выполняется по дуге окружности. Профиль зубьев таких фрез обрабатывается в специальных приспособлениях на кругло­ шлифовальных или оптико-профилешлифовальных станках.

218.

но. За критерий принимаются качественные показатели нарезаемо­ го колеса — точность геометрических параметров и класс шерохова­ тости поверхности.

Изношенный инструмент перетачивается. Выше уже говорилось о том, что острозаточенные червячные фрезы перешлифовываются по задним поверхностям на универсальном шлифовальном оборудо­ вании. Затылованные червячные фрезы затачиваются по передней поверхности на специальных станках для заточки червячных фрез.

Точность нарезанных червячной фрезой зубьев зависит не толь­ ко от кинематической точности зубофрезерного станка, но и от ка­ чества применяемой червячной фрезы и, не в последнюю очередь, от правильной и тщательной ее заточки. Так как при фрезеровании профиль зуба образуется огибающими резами и каждый огибающий рез делается новой режущей кромкой инструмента, то точное по­ ложение этих режущих кромок при заточке должно сохраняться на всей длине изношенной фрезы. Если на червячной фрезе, имеющей теоретически правильные геометрические параметры, неправиль­ но заточить передние поверхности, то таким инструментом невоз­ можно получить точного зубчатого колеса. Кроме того, неправиль­ но заточенные фрезы подвергаются повышенному, неравномерно­ му износу.

Неправильная заточка червячной фрезы может вызвать следую­ щие ее погрешности:

•отклонение передних поверхностей от заданной формы и по­ ложения;

•погрешности шага стружечных канавок и суммарную погреш­ ность окружного шага;

•погрешности направления стружечных канавок.

На рис. 163 показаны наиболее характерные погрешности, возника­ ющие при заточке червячных фрез и их влияние на нарезаемое колесо.

При затачивании червячной фрезы с отклонением от радиально­ сти передней поверхности в положительном или отрицательном на­ правлениях зубья фрезы теряют точный профиль зубчатой рейки: режущие кромки в нормальном сечении становятся криволинейны­ ми — с одной стороны кромка выпуклая, с другой вогнутая. В этом случае образуется погрешность профиля зубчатого колеса, изменя­ ющая знак в положительную или отрицательную стороны при кон­ троле от ножки к головке зуба. Выпуклая передняя поверхность ин­ струмента также вызывает погрешность профиля зуба колеса, но с отклонением в средней его части.

Указанные погрешности заточки червячной фрезы могут возник-

нуть по двум причинам: неправильная заправка шлифовального кру­ га и неточность работы механизма деления заточного станка.

Неравномерный окружной шаг зубьев фрезы также возникает от неточности делительного механизма. В этом случае некоторые зубья выходят вперед за теоретически правильное положение, а другие — несколько назад. Такой дефект заточки создает радиальное биение зубьев фрезы и неточности зубчатого колеса.

Отклонение шага винтовой линии стружечных канавок изменя­ ет профиль зубьев так же, как и неравномерность окружного шага, но вдоль оси фрезы. Эта погрешность заточки может быть вызвана неправильной работой передаточных звеньев заточного станка.

Затачивание затылованных червячных фрез по передней поверх­ ности производится на специальных заточных станках, позволяющих в зависимости от геометрии и материала фрезы, вида и материала шлифовального круга, использовать различные методы затачивания. Таких методов сегодня три: маятниковая шлифовка, шлифовка со снятием припуска в отдельной канавке и последующим делением, глубинная шлифовка тарельчатым или коническим кругами.

Основным методом затачивания червячных фрез из быстрорежу-

V*"

*

Рис. 164. Маятниковая заточка червячной фрезы.

щей стали является маятниковая шлифовка. Она выполняется конус­ ными тарельчатыми кругами, изготовленными из белого электроко­ рунда на керамической связке. Заточка производится боковой повер­ хностью конуса, образующая которого обычно проходит через ось фрезы (рис. 164).

Угол при вершине конуса находится в пределах 15-25°. Для фрез с прямыми стружечными канавками круги правятся прямолинейно. Для фрез с винтовыми канавками теоретически правильно править круг бочкообразно, чтобы достигнуть прямой передней поверхности на фрезе. Однако на практике этим видом правки обычно пренебрегают, поскольку не все модели заточных станков имеют специальные уст­ ройства. Для традиционной маятниковой заточки характерны высо­ кие скорости каретки (12-16 м/мин) и небольшие величины подачи. Нужный съем ширины ленточки износа производится постепенно с величиной от 0,01 до 0,1 мм на каждый оборот фрезы. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет снята вся ширина ленточки из­ носа. Метод маятниковой заточки имеет один недостаток. Посколь­ ку для осуществления процесса деления шлифовальный круг должен быть полностью выведен из фрезы, то при большом количестве про­ цессов деления доля общего времени, затрачиваемого на заточку, при­ ходится наделение. Поэтому маятниковый метод лучше всего подхо­ дит для заточки инструмента с малой шириной ленточки износа.

При заточке червячных фрез с большим износом целесообразно использовать в качестве черновой заточки метод, при котором деле­ ние на следующую стружечную канавку осуществляется только тог­ да, когда снята вся ленточка износа в соответствующей канавке. По­ лучается значительное сокращение пути заточки, т.к. круг не должен выходить из фрезы после каждого двойного хода. Это особенно важ­ но при заточке коротких фрез, а также крупномодульного инстру­ мента с большой ленточкой износа.